Массовый расходомер для двухфазных потоков

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

<»>777437

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.12.77 (21) 2552737/18-10 с присоединением заявки— (23) П риоритет— (43) Опубликовано 07 11.80. Бюллетень ¹ 41 (51)M..K.. G01F 1.64

Гасударственный комитет по делам изобретений и .открытий (53) УДК 681.121 (088.8) (45) Дата опубликования опи сания 13.12.80 (72) Авторы изобретения

С. С. Колотуша и Е. Н. Тихомиров (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения (54) МАССОВЫЙ РАСХОДОМЁР

ДЛЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерент)ю массового расхода диэлектрических материалюв, и может быть использовано в металлургической, энергетической, пищевой, строительной и химической отраслях промышленности.

Известны устройства для измерения мас сового расхбда, содержащие преобразователи для:измерения скорости и плотности потока, входные цепи в виде мосвовых схем, коррелятор, усилители, регистратор и источник питания (1) и (2)Известные расходомеры имеют недостаточную точность измерения.

Наиболее близким к изобретению из известных устройств является расходомер, содержащий противолежащие винтовые потенциальные и нулевые электроды, закрепленные на поверхности диэлектрической трубы, включенные в схему измерения (3).

Данное устр)ойство имеет низкую точность измерения за счет того, что,изменение температуры транспортируемого материала и окружающей среды вызывает изменения диэлектрической проницаемости материала трубы и взаимного положения электродов на ее поверхности вследствие тепловото расширения трубы,из фторопласта. Высокая чувствительность преобразователя к воздействию температуры объясняется тем, чтю коэффициенты расширения фторопласта и металлов, применяемых для изготовления электродов, отличаются между собой на порядок.

Цель изобретения — повышение точностн измерения за счет компенсации изменения температуры.

Это достигается тем, что расходомер снабжен дополнительным потенциальным электродом с сечением, равным толщине стенки диэлектрическрй трубы, и расположеттным с равным сечению зазором относительно конца нулевого и основного потенциального электродов, образуя при этом продолжение винтовой поверхности нулево.го электрода.

Предлагаемое устрюйство может быть использовано в технологических процессах металлургической промышленности, где пылеугольное топливо вдувается с постоянной скоростью.

На фиг. 1 дана функциональная схема пребразователя массового расходомера; на фп.-. 2 — сечение А — А фиг. 1.

Массовый расходомер содержит емкостный преобразователь с закрепленными на диэлектрической трубе 1 и заключенными в металлический экран (на чертеже не показан) противолежащими винтовыми потенциальными электродами 2, между которы777437 ми размещены заземленные винтовые нулевые электроды 8 с удлиненными концами, между которыми параллельно торцам потенциальных электродов 2 размещен винтовой потенциальный электрод сравнения 4, закрепленный на расстоянии, с квадратным сечением, равным толщине стенки диэлектрической трубы 1.

Расстояния в винтовом зазоре между электродами 2, 8 и 2, 4 равны между собой по крайней мере в одном из зазоров.

Электроды 2, 8 и 4 педставляют собой части металлической трубы, разделенные винтовыми спиральными зазорами, проекции образующих которых на плоскость, касательную к их цилиндрической поверхности, представляют собой участки синусоидальных кривых.

Емиость между электродами 2, 2" и 2, 4 подбираются равными между собой. Для выравнивания указанных емкостей электрод

4 может быть несколько укороченным по своей длине. Емкости между электродами

2, 2" и 2, 4 включены на вход дифференциального измерителя емкости, выполненного, например, в виде моста переменного тока б с тесной индуктивной связью смежных плеч. Включенные в смежные плечи моста начальные емиости между электродаыи 2, 2" и 2, 4 скомпенсированы элементами настройки (на чертеже не показаны) при отсутствии частиц в преобразователе.

Выход мостовой измерительной схемы б, запитанной от генератора б, через избирательный усилитель 7, амплитудный детектор 8, нормирующий усилитель 9 включен на вход регистрирующего самописца 10. Преобразователь расходомера монтируется в трубопроводе, п о которому транспортируются частицы.

Описанное устройство работает следующим образом.

При движении частиц (вещества) с по стоянной скоростью, что наблюдается при использовании оборудования, создающего постоянный расход транспортирующей фазы; например воздуха,,измерение расхода происходит согласно выражению т

Q(t) = v (.лтп)ж, (>)

tJ где à — скорость потока;

M(t) — масса частиц в рабочем объеме преобразователя.

При подаче напряжения на высокопотенцпальные электроды 2 и 2" и отсутствии между ними электродов нулевого потенциала 8 и 8" в рабочем объеме диэлектрической трубы 1 создается неравномерное электрическое поле, напряженность которого увеличивается к оси рабочего объема.

Наличие области повышенной напряженносТи определяется вогнутой формой и постоянным соотношением ширины винтовых потенциальных электоодов 2. Для создания равномерного электрического поля в зазоре вьтсокопотенциальными винтовыми электродами 2 установлены винтовые нулевые низкопотенциальные электроды 8. При этом

5 электрическое поле выравнивается в поперечном сечении рабочего объема диэлектрической трубы 1. Это обусловлено тем, что часть электрического поля, замыкаясь на поверхности электродов нулевого потенциа10 ла 8, уменьшает свою напряженность по оси рабочего объема. Тем самым достигается равномерность электрического поля в каждом поперечном сечении по высоте диэлектрической трубы. Так как нулевые р5 электроды 8 воспроизводят по конфигурации изменение зазора по высоте преобразователя, равномерное электрическое поле создастся внутри всего рабочего объема, поэтому прохождение равной массы материа20 ла через любую точку ее поперечного сечения будет вызывать одинаковые приращения емкости преобразователя. В результате этого достигается независимость чувствительности (коэффициента преобразования)

25 от места прохождения частиц материала по сечению диэлектрической трубы. Тем самым практически исключается погрешность, возникающая за счет неравномерности электрического поля в расходомерах такой кон30 струкции, и достигается линейность расходной характеристики.

Достигнутая равномерность электрического поля дает возможность производить градуировку преобразователя не только с помощью образцовых аэр озольных потоков, создание которых представляет сложную техническую задачу, а с помощью сосредоточенных масс .контролируемого дисперсно.-о материала, помещенных в рабочий объем

40 преобразователя в статическом положении.

При увеличении температуры двухфазного потока и окружающей среды происходпт нагрев электрической трубы 1 с винтовыми электролами 2, 8 и 4

45 В смежные плечи, мостовой измерительной схемы 5 включены электроды 2, 2" и

Qt 4

Начальная емкость между электродами

2 и 2" состоит, в основном, из трех составляющих.

Первая с оставляющая определяется расходом частиц через датчик, поскольку электрическое поле между электродами 2 и 2" проникает через рабочий объем тру55 бы 1.

Вторая составляющая определяется изменением диэлектрической проницаемости стенки трубы 1, поскольку электрическое поле потенциальных электродов 2 проникает в рабочий объем через стенку диэлектрической трубы 1.

Третья составляющая начальной емкости определяется размещением нулевых электродов между потенциальными элек65 тпола ми 2 поско.лт.т<тт балт тлттттл т т.тлот ттттлт

777437 потенциальных электродов 2 частично замыкается на поверхности винтовых нулевых электродов 8.

Изменение трех указанных составляющих при нагреве преобразователя во время транспортировки частиц определяет формирование емкостного измерительного сигнала.

Начальная емкость между электродами

2 и 4 состоит только из двух составляющих.

Первая определяется изменением диэлектрической проницаемости стенки трубы 1, поскольку продольное электрическое поле между потенциальными электродами 2 и 4 проникает на глубину, равную толщине стенки диэлектрической трубы 1. Это обусловлено тем, что глубина проникновения электрического поля между электродами 2 н 4 равна ширине зазора между ними, а зазор между электродами 2 и 4 равен толщине стенки диэлектрической трубы l.

Вторая составляющая начальной емкости определяется размещением удлиненных концов винтовых нулевых электродов 8 по обе стороны от винтового потенциального электрода сравнения 4. Это обусловлено тем, что часть продольного электрического поля винпового потенциального электрода 4 замыкается на поверхности винтовых нулевых электродов 8.

Изменение указанных составляющих при нагреве определяет формирование емкостного компенсационного сигнала.

Повышение температуры диэлектрической трубы приводит к изменению ее геометрических размеров и вызывает смещение винтовых потенциальных электродов 2", 2 и 4 относительно нулевых электродов 8.

Так как винтовые потенциальные электроды 2", 2 и 4 размещены между винтовыми нулевыми электродами 8, а электрические поля между электродами 2", 2 и 4 взаимодействуют со стенкой диэлектрической трубы 1, изменение емкостного компенсацион ного сигнала происходит по закону изменения емкостного измерительного сигнала.

При этом определяющую величину с формированием измерительного и компенсационного сигнала вносит относительное смещение винтовых потенциальных электродов 2", 2 и 4 относительно винтовых нулевых электродов 8, так как коэффициент линейного расширения диэлектрической трубы 1 на порядок превышает коэффициент линейного расширения металла элек10 тродов.

Так как емкости между электродами

2, 2" и 2, 4 включены в смежные плечи мостовой измерительной схемы 5, происходит непрерывная автоматическая компен15 сация температурных изменений емкостного измерительного сигнала, обусловленных относительным смещением винтовых электрод ов и изменением диэлектрической проницаемости материала трубы 1, 20

Формула изобретения

Массовый расходомер для двухфазных потоков, содержащий закрепленные на диэлектрической трубе винтовые нулевой и потенциальный электроды емкостного преобразователя, подключенные на вход дифференциального измерителя емкости, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

30 точности измерения за счет компенсации изменения температуры, он снабжен дополнительным потенциальным электродом с сечением, равным толщине стенки диэлектрической трубы, и расположенным с равным сечению зазором относительно конца нулевого и основного потенциального электродов, образуя при этом продолжение винтовой поверхности нулевого электрода.

40 °, Источники информации, принятые во, внимание при экспертизе:

1 Козубовский С. Ф. Корреляционные экстремальные системы. Справочник. — К., Наукова думка, 1973, с. 166 †1.

45 2. Патент Англии №1235856, кл. G 01 P

5120, 1971, 3. Авторское свидетельство СССР

¹ 661343, кл. G 01 Р 5!10, 1976 (прототип .

777437 Руг. 2

Составитель Н. Андреева

Техред А. Камышникова Корректор И. Осиновская

Редактор Т. Клюкина

Тип. Харьк, фил. пред. «Патент»

Заказ 1476/1479 Изд. № 546 Тираж 810 Подписное

НПО сПоискэ Государственного комитета СССР по делам изобретений н откритий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/Б