Способ измерения расхода потока

 

Изобретение позволяет измерить массовый расход среды переменного состава. Термоконвективным преобразователем, включающим нагреватель и два пленочных терморезистора, расположенные на наружной поверхности трубы, измеряют время д переноса тепловой метки между нагревателем и фиксированным (контрольным) участком, а также время к переноса метки по контрольному участку. По разности (дк) судят о плотности измеряемой среды. Величина д служит для вычисления объемного расхода. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения массового расхода в условиях изменения свойств среды. 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к способам измерения расхода потоков веществ.

Среди тепловых способов измерения расхода различают контактный (калориметрический) и неконтактный (термоконвективный) способы измерения. Достоинством обеих способов является возможность измерения массового расхода при условии неизменности теплоемкости измеряемого вещества. Еще одно достоинство термоконвективных расходомеров - отсутствие контакта с измеряемым веществом. Недостаток тех и других - большая инерционность. Для повышения быстродействия используют различные методы, один из которых меточный.

Известные неконтактные способы измерения скоростей и расходов потоков жидкостей и газов основаны на измерении времени переноса тепловой метки между двумя сечениями измерительного участка, в которых производится регистрация метки /Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1989. - 701 с./.

Наиболее близким по своей методике является неконтактный способ измерения расхода потоков на основе тепловых меток, в котором с целью введения коррекции по составу контролируемой среды и определения массового расхода дополнительно измеряют скорость охлаждения метки /Авторское свидетельство СССР N 832341, кл. G 01 F 1/70, (прототип)/.

Основным недостатком указанного неконтактного способа является ограниченная точность, обусловленная следующими факторами.

1. Однозначная зависимость между скоростью (темпом) регулярного охлаждения метки в процессе переноса ее потоком с величиной коэффициента температуропроводности (c) измеряемой среды имеет место только при отсутствии теплопотерь в окружающую измерительный преобразователь расходомера внешнюю среду или при постоянстве их. В реальных условиях, при измерении расхода неконтактным тепловым методом теплопотерь в окружающую среду практически избежать не удается, кроме того их величина зависит от расхода, что и приводит к увеличению погрешности измерения величины c, а следовательно, к снижению точности определения массового расхода.

2. Реализация измерения скорости (темпа) охлаждения метки по формуле: где Tм -температура метки; Tп - температура потока (измеряемой среды); - время, сопряжена с достаточно сложными совокупными измерениями, включающими операции логарифмирования и дифференцирования, что также ограничивает точность измерения.

Поэтому актуальна проблема повышения точности измерения расхода меточным неконтактным тепловым (термоконвективным) методом.

Решение этой проблемы достигается тем, что дополнительно измеряют время переноса тепловой метки между ее источником и фиксированным (контрольным) участком.

В неконтактных термоконвективных преобразователях расхода при реализации меточного метода измерения процессы переноса теплоты от источника меток (нагревателя) в поток вещества и от потока к термопреобразователям осуществляются через стенку канала путем теплопроводности и конвекции.

Для исключения инерционности указанных тепловых процессов время переноса метки определяется на контрольном участке между двумя термопреобразователями по моментам достижения максимумов их реакций при прохождении тепловой метки. Эта величина времени переноса метки (к) по контрольному (фиксированному) участку однозначно связана с объемным расходом и не зависит от свойств и состава измеряемой среды. Именно регистрация по максимумам реакции на метку обеспечивает инвариантность показаний расходомера к свойствам и составу измеряемой среды. Это подтверждено экспериментально (см. фиг. 2), а также следующими аналитическими выкладками.

Из анализа решение идеализированной задачи о распространении теплового импульса (метки) в потоке жидкости: где Tп(x,t) - температура потока жидкости; Tо - начальная температура тепловой метки; x - линейная координата;
c - коэффициент температуропроводности жидкости;
2 l - начальная длина тепловой метки;
следует, что при достижении максимумом метки зоны регистрации (то есть при Tп/ = 0) имеет место соотношение:

справедливость которого возможна только при выполнении условия x = v t или t = x/l, то есть в рамках принятых допущений время переноса метки определяется только координатой регистратора (термопреобразователя) и средней скоростью (объемным расходом) жидкости и не зависит от ее свойств.

Чтобы учесть изменение свойств (состава) измеряемой среды и определить массовый расход в условиях этого изменения, предлагается дополнительно измерять время переноса метки между источником метки (нагревателем) и фиксированным (контрольным) участком. Величина этого времени (д) будет складываться не только из времени переноса метки потоком, но и из длительности процессов кондуктивно-конвективного переноса теплоты от нагревателя к потоку жидкости и от потока через стенку канала (металлической трубы) к термопреобразователю. Именно инерционность конвективной составляющей процессов формирования метки в потоке вещества и ее регистрации на наружной поверхности стенки канала (трубы) в зоне от нагревателя до фиксируемого (контрольного) участка существенно зависит не только от величины объемного расхода, но и от свойств (состава) среды. Если для простоты принять вариант, когда длина фиксируемого участка равна расстоянию от нагревателя до указанного фиксируемого участка (l1 = l2), то по разности (д-к) можно судить о свойствах среды (например, ее плотности) и обеспечить измерение массового расхода жидкости с переменными свойствами, получив при этом более высокую точность, за счет минимизации недостатков известного способа.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Расходомер содержит: канал (металлический патрубок) 1, на наружной поверхности стенки которого размещены нагреватель 2 (например, проволочный); 3 и 4 - измерительные термопреобразователи; 5 и 6 - компенсационные термопреобразователи (пленочные терморезисторы), включенные в схемы неуравновешенных мостов 7 и 8 постоянного тока с усилителями; блок 9 управления нагревателем и вычислительный (микропроцессорный) блок 10.

Способ осуществляется следующим образом. Блок управления 9 периодически включает нагреватель 2, генерируя в поток тепловые метки. При включении нагревателя подается команда микропроцессорному блоку 10 на начало измерения времени. По достижении максимума величины реакции на терморезисторе 3, от прохождения тепловой метки, усиленный выходной сигнал с моста 7 обеспечивает фиксацию времени переноса д и начинается отсчет времени переноса метки между терморезисторами 3 и 4. При возникновении максимума сигнала на терморезисторе 4, через мост 8 с усилителем, блоком 10 определяется время переноса метки по контрольному участку к, а следовательно, и величина объемного расхода G0; по разности (д-к), определяемой также блоком 10, судят о свойствах потока (например, плотности) и затем определяют величину массового расхода (Gм = G0). Графическая иллюстрация указанных операций представлена на фиг. 2 и 3, где
икзм - измеренное время переноса метки потоком по контрольному участку;
Gоизм - определенная блоком 10 величина объемного расхода;
идзм - измеренное время переноса метки от нагревателя до контрольного участка;
изм - найденная блоком 10 величина плотности;
1-к = f(G0);
2,3,4,5-д = f(G0,);

- = 1115 кг/м3.
Экспериментальная проверка предлагаемого способа и его сравнение с известным проводилась в диапазоне расходов 0 - 40 кг/ч на потоках водных растворов солей NaCl и Na2CO2, с концентрацией от 4 до 16% вес. Использовался первичный преобразователь со следующими параметрами:
- внутренний диаметр патрубка - dвн = 5 мм;
- толщина стенки патрубка - = 0,3 мм;
- материал патрубка - нержавеющая сталь;
- напряжение, подаваемое на нагреватель в момент импульса - Uн = 36B;
- длительность импульса - н = 0,2 c.
Границы распределения погрешности определения д (как дополнительного информативного параметра о свойствах среды) составляют не более 1.8%, а при определении скорости охлаждения метки (темпа) - порядка 3%. В итоге, как показали эксперименты, погрешность определения массового расхода предлагаемым методом, в условиях изменения свойств среды, на 1 - 1.2% ниже, чем у прототипа /Авторское свидетельство СССР N 832341, кл. G 01 F 1/70/.


Формула изобретения

Способ измерения расхода потока с использованием термоконвективного преобразователя расхода, основанный на измерении времени к переноса тепловой метки на фиксированном участке, с коррекцией по составу контролируемого потока, отличающийся тем, что дополнительно измеряют время д переноса метки между ее источником и фиксированным участком и по разности (д-к) судят о составе среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, химической и других отраслях промышленности для измерения содержания компонентов многофазной среды

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в химической промышленности

Изобретение относится к способам для измерения расходов газовых потоков и может найти применение для целей контроля потоков газа в газоанализаторах и пробоотборных устройствах

Изобретение относится к области гидрометрии, в частности к измерению скоростей течения воды в открытых руслах

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике импульсных дисперсных потоков и может быть использовано в двигателестроении для оценки скорости топливовоздушной струи при впрыске топлива

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к средствам измерения расхода потоков веществ, а именно к тепловым расходомерам

Изобретение относится к способам и средствам транспортировки газов и жидкостей и может быть использовано для испытаний запорно-регулирующей арматуры (ЗРА) магистрального трубопровода (МТ)

Изобретение относится к области тепловой меточной расходометрии и может быть использовано для определения объемного или массового расхода газа или жидкости

Способ измерения расхода жидкой или газообразной измеряемой среды, заключающийся в том, что внутри трубопровода помещают жидкую измеряемую среду, поляризуют электрическим полем часть потока жидкой измеряемой среды, проходящей между двумя электродами с помощью подаваемого к двум электродам импульса напряжения, вследствие этого создают метку в потоке жидкой измеряемой среды, а расход жидкой измеряемой среды измеряют за счет времени перемещения метки на контрольном участке пути. В предлагаемом способе измерения расхода жидкой или газообразной измеряемой среды осуществляют дипольную, ориентационную поляризацию частиц твердого полярного диэлектрика, находящихся в жидкой или газообразной измеряемой среде во взвешенном состоянии, а конечный момент времени перемещения метки на контрольном участке пути между двумя электродами и двумя обкладками конденсатора, включенного в колебательный контур, определяют за счет разности длительностей первого и второго, положительного и отрицательного полупериодов периода резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура. Технический результат - расширение арсенала технических средств для измерения расхода жидкой или газообразной измеряемой среды. 4 ил.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения скорости потока магнитных или ферромагнитных частиц (8) в суспензии (3), протекающей через контрольные зоны. Посредством измерительной катушки (4), окружающей первую контрольную зону (2), измеряется магнитный поток Ф1 в зависимости от времени t, причем магнитный поток в некоторый момент времени является мерой для количества магнитных частиц (8), содержащихся в суспензии (3). На заданном расстоянии d от первой контрольной зоны (2), во второй контрольной зоне (2'), посредством окружающей вторую контрольную зону (2') второй измерительной катушки (4') измеряется магнитный поток Ф2 в зависимости от времени t, и сравнение измерений Ф1(t) и Ф2(t) дает временной интервал Δt, который при применении заданного расстояния d используется для определения скорости потока. Технический результат - бесконтактное определение скорости потока магнитных или ферромагнитных частиц без применения рентгеновского излучения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройству (1) для измерения расхода и/или состава многофазной флюидной смеси. Устройство содержит средство (2) излучения, выполненное с возможностью генерации импульсного пучка фотонов для облучения флюидной смеси пространственно вдоль участка (19) потока смеси. Средство (6) управления выполнено с возможностью приложения предопределенного, зависимого от времени напряжения к средству (2) излучения в течение одного импульса фотонов. Средство (3) обнаружения пространственно сконфигурировано для приема фотонов, исходящих от участка (19) потока смеси, в различные моменты времени в течение импульса фотонов, чтобы сформировать изображения пространственного распределения принятых фотонов для каждой из точек во времени. Средство (4) анализа выполнено с возможностью определения расхода одной или нескольких фаз смеси и/или состава смеси на основе временной последовательности изображений пространственного распределения принятых фотонов. Технический результат - упрощение способа и устройства для измерения расхода и/или состава многофазной флюидной смеси, а также повышение точности определения расхода и/или состава многофазной флюидной смеси. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх