Устройство для измерения расхода среды

 

(i i) 5l 2376

ОПКСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Ф

I

I

1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.08,74 (21) 2049597/18-10 с присоединением заявки ¹ (51) М. Кл. - б 01F 1/00

Совета Министров СССР по делам изобретений (53) УДК 681.121.8 (088.8) Опъ бликовано 30.04.76. Б.оллетень ¹ 16 н открытий

Дата опубликования описания 06.06 76 (72) Авторы изобретения

В. Б. Зткин и М. Я. Мотро

Всесоюзный дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт им. Ф. 3. Дзержинского (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА СРЕДЫ

ГосУдаРственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения расходов жидкостей и газов и может найти применение в химической, энергетической, газовой и других отраслях промышленности.

Известны устройства для измерения расхода жидкостей и газов, содержащее измерительный участок трубопровода, два термоприемника и источник тепла, размещенный вне трубопровода.

Такие устройства имеют низкую чувствительность вследствие рассеяния тепла по стенкам трубопровода, невысокую точность измерения из-за зависимости ее от турбулентности измеряемого пруока, его предыстории, диаметра, шероховатости стенок трубопровода и др. Чрезвычайно высокая инерционность не дает возможности использовать устройства в схемах автоматического регулирования.

Цель изобретения — повышение чувствительности, .точности, надежности, уменьшение инерционности и расширение области применения.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено теплопередающим элементом, один конец которого с источником тепла расположен вне трубопровода и теплоизолирован от окружающей, среды и измерительного участка, а его второй конец с термоприемником погружен в трубопровод.

Теплоприемник размещают на теплопередающем элементе вне трубопровода.

Погруженный в трубопровод участок теплопередающего элемента выполняют, напри5 мер, в виде пластинки, ориентированнон вдоль осп трубопровода.

На фнг. 1 показана схема предлагаемого устройства с термонрнемником, размещенным на теплопередающем элементе, выполненном

10 в виде пластинки и расположенном внутри трубопровода; .на фиг. 2 — схема устройства с термопрнемннком, размещенным нг теплопередающем элементе вне трубопровода.

15 Устройство (фиг. 1) содержит измерительный участок 1 трубопровода, вне которого размещен источник тепла 2, термопрнемники

3 н 4. теплопередающий элемент 5, один конец 6 которого расположен вне трубопровода, 20 а другой конец 7, выполненный в виде пластинки илн набора .пластинок, припаянных к нагреваемому концу 6, погружен в труоопровод. Источник тепла и конец 6 теплонзолированы от измеряемого потока и окружающей

25 среды изоляцией 8. а измерительный участок трубопровода — изоляцией 9.

Измерительный часток 1 прикреплен к остальной части труоопровода с помощью фланцев 10 или иным способом, Выходной сигнал

30 регистрируется индикатором 11.

512376

3

Для упрощения конструкции в ряде случаев термоприемник размещают на теплопередающем элементе 5 вне трубопровода со стороны нагрсвателя или с противоположной стороны трубопровода (фиг. 2) . Чтобы обеспегпть одина!ковую !инерционность тсрмоприем:;иков 3 и 4 в некоторь1х случаях IepvIoIIpIIevIник 3 размеща!От на пластинке 12, выполненной из того же материала и имеющей те же размеры, что и участок теплопередающего элемента 5.

При необходимости измерения расхода в определенной зоне сечения измерительного участка 1, например, по оси трубопровода, участок пластины 7 частично теплоизолируIoT от потока пластинками 13.

Это целесооораз10) в частности, в тех случаях, когда недопустимо вводить в трубопровод тело (теплопередающий элемент), температура которого значительно превышает температуру потока. В качестве термоприев!ников

3 и 4 можно использовать термогребенки.

При работе устройства основная доля теплового потока от теплоизолированного источника тепла 2 передается участку 7 теплопередающего элемента 5 и далее измеряемому потоку. Принцип работы устройства основан на законах конвективного теплообмена между потоком и указанным выше участком теплопередающего элемента 5. При этом существует однозначная связь удельного расхода потока и измеряемого температурного напора между охлаждаемым участком 7 и потоком при постоянной мощности источника тепла 2.

Наиболее простым и надежным в работе является пластинчатый участок 7 теплопередающего элемента 5. Ориентирование пластинки вдоль оси 1рубопровода (вдоль потока) обеспечивает безотрывное ее обтекание.

Теплообмен между пластинкой и потоком завершается .в пределах пограничного слоя, образование которого обусловлено их взаимодействием. Степень турбулентности набегающего потока влияет лишь в,определенных пределах на критическое число Рейнольдса, при котором течение в пограничном слое переходит из ламинарного .в турбулентное, но не влияет на коэффициенты теплообмена в ламипарной и турбулентной областях. Следовательно, показания измерителя не зависят от турбулентности и измеряемого потока, его предыстории, диаметра трубопровода, шероховатости его стенок и ряда других факторов.

Таким образом, отпадает необходимость гра:!yIIpoIII II измерителя на месте его установки и существенно повышается точность, стабильность и надежность измерения.

Предлагаемый измеритель расхода имеет более высокие чувствительность и экономичность, поскольку о новная доля теплового потока источника 2 передается через участок 7 теплопередающего элемента 5 измеряемому потоку. Бесполезное растекание тепла по стенкам измерительного участка 1 трубопровода сведено к минимум!у, так как источник

4 тепла 2 л участок 6 элемента 5 теплоизолировалы от труоопровода и внешней среды. Высокие 1увствительность и точность измерения ооеспечива ются также значительной охлагкдаемой потоком поверхностью плоского участка 7 элемента 5, что увеличивает долю полезно расходуемого тепла по сравнению с потерями в окружающее пространство.

Вместо измерения разности температур участка 7 и потока, возможно также в качестве величины, характеризующей расход потока, использовать плотность тока или напряжение питания источника тепла 2, изменяя эти параметры для поддержания по.тоянства указанной разности температур. Такакя схема желательна при измере1:ии зна-1ительных расходов потока и позволяет существен;:o повысить чувствительность измерителя з этом д;апазоне расходов, В тoivI случае, когда масса нагреваемсго участка 6 теплопсредающего элемента = много больше массы Охлаждаемoго участка 7, на участке 6 можно установить дополните,1ьный термоприемник и по разности между его показаниями и темг!ературой потока контролировать и поддерживать постоянной веллчину теплового потока от источника тепла 2 к участку 7. В итоге удается повысить точность измерения, так как искл1очается влияYêå 11а измеряемый c11:,I 1отерь тепла 13 oI ружающее т1ростр:- нство при::здостаточ:1ой изоляции источника 2.

В Отличие От ;ее" THhlx тепловых расходомеров с косвенны з! 110догрез0 1 I!pc>лагасмое устройство имеет мьлу10 инерционность. Известно, что инерц:IoII!Ioci! тепловых расходомеров определяет;я,соотноше1гнем их массы и охлаждаемой потоком поверхности, В предлагаемом устройстве это,соотношение можно выполнить очень малым путем уменьшения толщины охлаждаемого участка 7, следовательно устройство можно использовать в системах автоматического регулирования расхода. Малые толщины участка 7, погруженного в измеряемый поток, обеспечивает незначительность потерь напора, вносимых измерителем в трубопроводы.

Предлагаемое устройство позволяет измерять расходы потоков,,п11отекающих в трубопроводах под высоким явлением, в TQM числе агрессивных, токсичных, вязких и других, тем самым расшлряется область применения устройств.

Формула изобретения

1. Устройство дня лзмеренпя расхода среды, содержащее измерительный участок трубопровода, исто ник тепла, размещенный вне трубопровода и два термопрлемника, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствлтельности, точности и надежности измерения, уменьшен ля инерционности и расширения области применения, оно снабжено

512376

О 12 теплопередающим элементом, один конец ко1 орого с 1 сточнико .,1 тон 12 pа по ".О кен Н11е трубопровода и теплоизолирова 1 от окружающей,среды и измерительного участка, а его второй кс1х; с термоприемником погру кон в труоопровод

2. Устройст.io по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я

Тс.,1, что Гсрмоприемник размещен на тепло;;спе.1,;»1ц,,! э,.с.,!енте вне трубопровода.

3. Устройство по пи. 1 и2, о тл ич а ющее с я ем, что погрт1кенныЙ В Tp) Îoï ÎÂÎä участок

5тсн,л»передающего элемента выполнен, например, в виде пластинки, ориентированной вдоль осп трубочровода.