Измеритель потока массы

Измеритель потока массы относится к области метрологии, связанной с измерениями расхода жидкостей и газов. Представляет собой прямой горизонтальный измерительный канал, расположенный внутри контрольного участка газопровода. Содержит нагреватель и датчики температуры, расположенные в трех точках: перед входом в канал, в начале нагреваемого участка и в его конце. Снаружи канал покрыт слоем теплоизолятора, а в боковых стенках расположены два отверстия. Ток нагревателя выделяет теплоту мощностью Р, создавая разность температур Δt между точками контроля. Возникают и тепловые потери мощностью Р₀ через теплоизолятор. Величина потока массы G определяется формулой: G=k_п(Р-Р₀)/с_рΔt. При Δt=Const она определяется разностью (Р-Р₀). При G=0 мощность Р устанавливается равной Р₀, в этом случае и числитель формулы будет нулевым. Технический результат – расширение арсенала средств измерения массы потока. 2 ил.

 

Предполагаемое изобретение относится к области метрологии, связанной с измерениями расхода и скоростей жидкостей и газов тепловыми методами.

Наиболее близким по технической сути является калориметрический расходомер (см. Кремлевский П.П. «Расходомеры и счетчики количества», Л. «Машиностроение», 1989 г, стр. 375-380).Однако характеристика этого прибора неудобна тем, что одному и тому же значению результата измерения соответствуют два различных расхода в начале диапазона измерения.

Получение однозначной зависимости результатов измерений от расхода возможно по способу, предложенному мною в патенте России №2232379 от 05.08.2002 г. И хотя описанный там процесс измерения происходит при охлаждении измеряемой среды, закономерность теплообмена будет аналогичной и при ее нагревании.

Схематическое изображение измерителя показано на фиг. 1, где обозначены основные элементы: 1 - измерительный канал, 2 - нагреватель, 3 - датчики температуры, 4 - контрольный участок газопровода, 5 - боковые отверстия.

Электрический ток I_n, проходя по нихромовой ленте нагревателя, вызывает выделение ею теплоты мощностью Р. В результате создается разность температур Δt между точками контроля t₀, t₁, и t₂, в которых находятся головки двух или более дифференциальных термопар, соединенных последовательно. Эта разность температур складывается из двух, между t₂, t₀ и t₁, t₀, т.е. Δt=(t₂-t₀)+(t₁-t₀). Одновременно возникают и тепловые потери через теплоизолятор канала мощностью Р₀.

Согласно указанному выше способу расчет величины потока массы G через измерительный канал производится по формуле:

G=k_п(Р-Р₀)/с_рΔt кг/с, где

k_п - коэффициент, определяемый при калибровке на пределе измерения; c_p-удельная теплоемкость измеряемой среды.

В случае поддержания Δt на постоянном уровне независимо от величины потока имеем с_р Δt=Const. Тогда поток G будет определяться только разностью (Р-Р₀). А поскольку Р=I² R, то поддержание Δt на постоянном уровне достигается изменением силы тока, соответствующем изменениям потока. При прекращении движения потока, когда G=0, силу тока I_н следует установить такой, чтобы Р=Р₀, тогда и числитель формулы будет нулевым. И напряжение U₁ в этом случае будет соответствовать Р₀. А напряжение U₂, соответствующее ср Δt=Const, будет постоянным.

На графике результатов испытаний действующего макета, фиг. 2, видна зависимость ΔР от величины потока массы воздуха. Испытания макета показали, что процесс точного измерения начинается от 0,01% предела измерения.

Поскольку непосредственное измерение происходит в измерительном канале, то величина потока, обтекающего канал снаружи, будет пропорциональна отношению площадей сечений наружного и внутреннего потоков. Общий же поток массы по контрольному участку газопровода будет суммой этих двух потоков.

Разумеется, калибровка и поверка должны производиться по общему, суммарному потоку. Оптимальное отношение площадей указанных сечений, а также диаметры боковых отверстий устанавливаются экспериментально.

Измеритель потока массы, представляющий собой прямой горизонтальный измерительный канал, покрытый снаружи слоем теплоизолятора, содержащий внутри нагреватель вдоль оси канала, снабженный датчиками температуры в трех точках - перед входом в канал, в начале нагреваемого участка и в конце его, отличающийся тем, что после начала нагреваемого участка в боковых стенках канала расположены сквозные отверстия.