Расходомер

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1ц838358 (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву

{22) Заявлено 02.04.7S (21) 2747406/18-10 (51)M. Кл. б 01 F 1/64 с присоединением заявки,%—

Госудерстеенный комитет (23) Приоритет

do делам нэооретеннй н открытий

Опубликовано 15.06.81 ° Бюллетень Ла -2 (53) УДК 681 ° 121 (088.8) Дата опубликования описания 18.06,81 (72) Авторы (54) РАСХОДОИЕР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения массового расхода газов или перегретых паров, Известны массовые расходомеры, со5 держащие датчики обьемного расхода и плотности и измерительную схему (1).

Наиболее близким к изобретению является расходомер, содержащий датчик объемного расхода, выполненный в виде многопластинчатого измерительного и компенсационного конденсаторов, первый из которых размещен в проточной части корпуса, а второй — в сообщающейся с ней тупиковой камере, и мостовую измерительную схему, включающую реверсивный электродвигатель, кинематически связанный с дополнительным компенсационным конденсатором, размещенным в мостовой измерительной схеме и параллельно подключенным: 20 к основному компенсационному конденса- т ру 523.

Известный расходомер позволяет осуществить измерение малых обьемных расходов газа и паров в низком вакууме, но ,имеет недостаточную точность при измерении расходов сред с переменным составом.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за. счет обеспечения возможности измерения нескольких параметров одним датчиком.

Это достигается тем, что расходометр снабжен резистивным мостовым аналоговым умножителем и идентичной мостовой измерительной схемой с парой многопластинчатых конденсаторов, один из которых установлен в тупиковой камере через экранирующую перегородку от компенсационного конденсатора, а другой расположен в вакуумном корпусе, при этом подвижные элементы резисторов, установленных в противоположных пЛечах резистивного мостового аналогового умножителя, соединены соответственно с кинематическим звеном реверсивного электродвигателя каждой иэ измерительных мостовых схем. 3 8383

На фиг. 1 представлена общая схема массового расходомера;. на фиг. 2 — корпус датчика обьемного расходомера, продольный разрез; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5-корпус с вакуумным конденсатором, продольный разрез; на фиг. 6 — разрез B-B на фиг. 5.

Массовый расходомер для измерения расхода газов (перегретых паров) в ниэ- 10 ком вакууме состоит иэ аналогового умножителя 1, представляющего собой резистивный автоматический уравновешенный мост переменного тока, противоположными плечами измерительной схемы которого 15 являются реэистивные преобразователи 2 и 3, постоянный резистор 4 и уравновешивающий резистор (реохорд) 5. Питание моста 1 осуществляется от источника переменного напряжения промышленной час- 20 готы. Мост 1 содержит фазочувсгвительный усилитель 6 и резистивный электродвигатель 7. Вал двигателя 7 через редуктор (на чертеже не показан) соединен со стрелкой 8, перемещающейся по шка- 25 ле, и с реохордом 5. При равновесии моста 1 величина реохорда 5 и показание стрелки 8 равны произведению сопротивлений преобразователей 2 и 3, деленно.Му На ВЕЛИчИНуСОирстИВЛЕНИя 4. РЕЗИСГИВ- 30 ный преобразователь 2 связан с уалом реверсивного электродвигателя 9 автоматического трансформаторного квазиуравновешенного моста 10, измеряющего разность электрических ескостей Проточного

11 и непроточного 12 конденсаторов датчика объемного расхода. Мост 10 содержит генератор 13 синусоидального напряжения, измерительный трансформатор 14 напряжения, имеющий две мультифиляр- 40 ных плечевых обмотки 15, включенные синфазно, селективный усилитель 16 с фазочувствительным биполярным детектором на выходе (на чертеже не показан), усилитель 17 постоянного тока, который управляет реверсивным электродвигате-, лем 9. Для подачи опорного напряжения на фазочувствительный детектор (на чертеже не показан) селективного усилителя 16 применена. обмотка 16 измери- 50 тельного трансформатора 14, Для компенсации разности емкостей проточного

11 и непроточного 12 конденсаторов па» раллельно йоследнему подключен линейный компенсирующий конденсатор 19, связан55 ный редуктором с электродвигателем 9.

C валом электродвигателя 9 связана стрелка 20, показывающая на шкале

58 4объемный расход газа (насыщенного пара). Реэисгивный преобразователь 3 соединен с валом реверсивного электродвигателя 21 автоматического трансформаторного квазиуравновешенного моста 22, измеряющего разность заполненного (измеряемым газом) конденсатора 23 и вакуумного конденсатора 24, составляющих датчик плотномера. Мост 22 выполнен по схеме и конструкции аналогичным мосту

10. Мост 22 состоит из измерительного трансформатора 25 напряжения с двумя мульгифилярными обмотками 26, генератора 27 синусоидального,напряжения, селективного усилителя 28 с фазочувствигельным детектором (на чертеже не показан), усилителя 29 постоянного тока и линейного компенсирующего конденса-. тора 30, связанного редуктором (на чертеже не показан) с электродвигателем

21. Опорное напряжение на фазочувствительный детектор селективного усилителя 28 подается с отдельной обмотки 31 трансформатора 25. С валом электродвигателя 21 связана стрелка 32, показывающая на шкале плотность измеряемого газа (пара). Датчик обьемного расхода состоит из проточного 11 и непроточного

12 многопластинчагых конденсаторов > размещенных в общем сварном корпусе 33, но в разных камерах. Верхняя часть корпуса 33 закрыта фланцевой крышкой 34.

Герметичность соединения корпуса 33 с крышкой 34 обеспечивается кольцевым фторопластовым; уплотнителем 35. Фланцевая крышка 34 прижата к фланцу 36 корпуса 33 болтами 37 и гайками 38.

К крышке 34 приварен штуцер 39. Вокруг корпуса 33 навит змеевик 40, который через .полость 41 штуцера 39 сообщен с проточной камерой Г корпуса ЗЗ.

Для отвода газа из полостей корпуса 33 в его днище 42 установлен штуцер 43.В непроточной камере О корпуса 33 кроме непроточного конденсатора 12 датчика объемного расхода расположен идентичный конденсаторам 11 и 12 конденсатор 23 датчика плотности, отделенный ог конденсатора 12 экраниэирующей (заземленной) пластиной 44. Внутри корпуса ЗЗ расположены несущие стенки 45 — 47, между которыми расположены многопластинчатые плоские конденсаторы 11,12 и 23.

Несущие стенки 45-47 одним концом приварены к фланцевой крышке 34, а стенка

46, кроме t îãî, разделяет внутреннюю полость камеры 33 на проточную Г и непроточную2 полости. Конденсаторы 11, 12

5 8383 и 23 собраны из прямоугольных конденсаторных пластин 48, которые установлены жестко на изолирующих трубках 49 (например, кварцевых) при помощи изолируюших шайб 50 (фиг. 4). Изолирующие трубки 49 пропущены через отверстия, 51 в пластинах 48 и отверстия 52 в несушей стенке 46. Набор конденсаторных пластин 48, расположенных между несу:цими стенками 45-47, образующих о конденсаторы 11,12,23; сжат гайками 53, которые ввинчены в резьбовые отверстия в стенках 45 и 47. Проточная полость Г, в которой размещен проточный конденсатор 11 сторцов пластины 54 и 55,,при- 15 паянными к стенкам 45 и 46. Стенки 45 и. 46 и пластины 54 и 55 обеспечивают при необходимой плотности протекание измеряемого потока газа (пара) вдоль и между пластинами 48 конденсатора 11. 20

Проточная Г и непроточная Q полести корпуса ЗЗ выполнены сообщающимися в сечении 56. Зля обеспечения изотерми.ческого режима датчик объемного расхода помещен в термостат (на чертеже 25 не показан). От конденсаторов 11,12 и

23 к трансформаторным мостам 10 и 22 отходит через электровводы 57 пять экранированных фторопластовых радиочастотных кабелей . Внутри корпуса ЗЗ дат- ЗО чика объемного расхода провода к пластинам 48 проточного конденсатора 11 ггоаключены на выходе потока, т.е. в сечение

56, так, что образуют две группы параллельно включеннЫх чередующихся пластин 35

"конденсатора. К конденсаторам 12 и 23 провода подключены аналогично, но сверху. Конденсаторы 11 и 12 имеют общий вывод, подключенный внутри корпуса ЗЗ на выход к месту 10. Лля предотвраше- 40 ния возможных изменений поверхностной проводимости шайб 50 пластины 48 покрыты изолирующей пленкой, например, фторопластовой. Вакуумный конденсатор 24 (фиг. 5 и 6) по.конструкции аналогичен конденсаторам 11,12 и 23, имеет равное с ними число конденсаторных пластин, но расположен в отдельном корпусе 58, который совместно с корпусом ЗЗ помещен в термостат (на чертеже не показан) для 5О создания одинаковых температур.. Корпус

58 также содержит фланцевую крышку 59 с кольцевым фторопластовым уплотнением

60 и прижатую болтовым соединением к фланцу 61. Через канал 62 штуцера 63 внутри корпуса 58 создают вакуум. В корпусе 58 размещены несущие стенки

64 и 65, между которыми расположены

58 6 плоские конденсаторные пластины 66, идентичные пластинам 48. Пластины 66 при помоши изолирующих трубок 67, шайб и гаек 69 закрештены и сжаты между несущими стенками 64 и 65. Штуцер 70 закрыт заглушкой или к нему подсоединен вакууметр. Or конденсаторных пластин 66 через электровводы 71 к трансформаторному мосту 22 подсоединены два фторопластовых радиочастотных кабеля. Электровводы 71 расположены в корпусах 72, которые приварены к крышке 59 и снабжены уплотняюшим элементом 73 и на» жимными гайками 74. Провода при подключении пластин 66 конденсатора 24 расположены в каналах 75 и 62. Штуцер

63 подключен к вакуумпроводу (на чертеже не показан). К штуцеру 43 подключен трубопровод выхода измеряемого газа (на чертеже не показан). К змеевику 40 подключен трубопровод пода чи газа для измерений (на чертеже не показан). Змеевик 40 присоединен трубопроводом к штуцеру 39.

Массовый расходомер работает следующим образом. Устанавливается глубокий

-Я вакуум (порядка 1 ° 10 мм рт.ст.) в вакуумном конденсаторе 24. Затем подается измеряемый поток в змеевик 40 и датчик объемного расхода. Гаэ заполняет змеевик 40 (фиг. 2 и 3), в котором его температура станавливается равной температуре конденсаторов 11,12,23 и 24

Поток газа в иэотермических условиях поступает через штуцер 39 и канал 41 в полость Г проточного конденсатора 11, где в ламинарном режиме вязкого течения в плоских каналах между параллельными пластинами 48 устанавливается перепад давлений, линейно и прямо зависящий от средней скорости потока или от объемного расхода. Как следствие этого повышаются средние давление и плотность потока в конденсаторе 11 по сравнению с давлением и плотностью за ним. Выходящий иэ конденсатора 11 в полость

56 гаэ путем диффузии заполняет пространство между пластинами 48 конденсаторов 12 и 23, размещенных в непроточной полости Q при давлении, практически равном давлению за конденсатором 11. Следовательно этим давлениям газа (при постоянной температуре) устанавливаются различные значения средних плотностей и диэлектрических проницаемостей, причем в конденсаторе 11 их величины больше за счет возникающего гидродинамического эффекта. Возникающая разность давлений

7, - йМЗ газа в проточном конденсаторе 11 и за ним прямо пропорциональна коэффициенту динамической вязкости, длина пластин 48, средней скорости потока в плоских каналах между этими пластинами и обратно

5 пропорциональна зазору между пластинами

48, взятому в квадрате.

С apyt îé стороны, возникающая разность давлений прямо пропорциональна газовой постоянной, reMneparype газа и ксн-тп денсатора 11 и разности средних плотностей потока в конденсаторе ll и за ним.

Эта разность нлотностей прямо пропорциональна разности диэлектрических проницаемостей потока в конденсаторе 11 и за 15 ним. В результате величина разности диэлектрических проницаеыостей прямо пропорциональна скорости потока газа или объемному расходу его, так как коэффициент динамической вязкости газов и паров д) в вакууме при постоянной температуре не изменяется. Вследствие различных значений диэлектрической проницаемости устанавливаются разные величины электрических емкостей конденсаторов 11 и 12. Ба- 25 ланс моста 10 (фиг. 1) нарушается. На входе селективного усилителя 16 (фиг.l) возникает напряжение, которое усиливается им и поступает на имеющийся в нем фаэочувствительный детектор. Фаза этого 30 напряжения сравнивается с фазой рпорного напряжения, подаваемого от обмотки 18 трансформатора 13 .моста 10. В зависимости от совпадения (или несовпадения) фаз на выходе этого фаэочувствительного детектора (усилителя 16) возникает прямое или обратное постоянное напряжение, подаваемое на усилитель 17 постоянного тока (фиг. 1). Здесь это напряжение преобразуется в пульсирующее 4о промышленной частоты, усиливается и подается на управляющую обмотку реверсивного электродвигателя 9 (фиг. 1).

Электродвигатель 9 перемещает компенсирующий линейный конденсатор 19 и резистивный преобразсватель 2 до состояния баланса. При балансе моста емкость линейного компенсирующего конденсатора 19 равна разности емкостей проточного 11 (фиг. 1) и непроточного 12 конденсаторов и пропорциональна величине сопротивления резистичного преобразователя 2, который пропорционален объемному расходу газа через проточный конденсатор 11.

Измерение плотности осуществляется аналогичным комплексом устройств. Кон° денсатор 23 (фиг. 2-4) заполнен газом, прошедшим после конденсатора 11, име— массовый расход; — емкость вакуумного конденсатора; — измеряемая разность емкостей конденсаторов 11 и 12 объемного расхода; — измеряемая разность. емкостей конденсаторов 23 и 24 плотности — коэффициент динамической вязкости — температура потока; — удельная поляризация; — газовая постояннащ — соответственно ширина и длина пластин конденсаторов и зазор между ними;

- число пластин. где М

Со

О

В,E,H

Формула изобретения

Расходомер, содержащий датчик объемного расхода, выполненный в виде многоющим давление, плотность и диэлектрическую проницаемость одинаковые как для непроточного конденсатора 12,, Вследствие большего значения диэлектрической проницаемости в конденсаторе 23, чем в вакуумном конденсаторе 24, в измерительной диагонали трансформаторного моста 22 возникает напряжение небаланса, усиливаемое усилителями 28 и 29, которое подается на реверсивный электродвигатель 21. Электродвигатель 21 перемещает линейный компенсирующий конденсатор 30, который величиной своей емкости балансирует трансформаторный мост

22. Величина емкости конденсатора 30 равна разности емкостей непроточного конденсатора 23 и вакуумного конденса -. тора 24. Эта величина емкости конденсатора ЗО пропорциональна плотности измеряемого газа в полости 56, r.е. за проточным конденсатором 11.

Резистивный преобразователь 3, свя -: занный с валом электродвигателя 21 своей величиной, пропорционален емкости конденсатора 30 и плотности измеряемого потока.

Аналоговый умножитель 1 при автоматическом балансе показывает стрелкой 8 на шкале результат измерения массового расхода, определяемый соотношением:

С .8383 пластинчатых измерительного и компенсационного конденсаторов, первый из котсьрых размещен в проточной части корпуса, а второй — в сообщающейся с ней тупиковой камере, и мостовую измерительную схему, включающую реверсивный электродвигатель, кинематически связанный с дополнительным компенсационным конденсатором, размещенном в мостовой измерительной схеме и параллельно подключенным р к основному компенсационному конденсатору отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения нескольких параметров одним датчиком, он снабжен резистивным моставым аналоговым умножителем и идентичной мостовой измерительной схемой с парой многопластинчатых конденсаторов, 58 10 один из которых установлен в тупиковой камере через экранирующую перегородку от компенсационного конденсатора, а другой расположен в вакуумном корпусе, при этом подвижные элементы резисторов, установленных в противоположнык плечах резистивного мостового аналогового умно.жителя, соединены соответственно с кинеиатическим звеном реверсивного электродвигателя каждой из мостовых измерительных схем.

Источники информации, принятые во внкмание при экспертизе

1. Кркмлевский П. П. Расходомеры н счетчики количества. Л., "Машиностроение, 1975, с. 15.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке И. 271З961/18-10, кл. & 01 Р 1/бФ; (прототип)., Ц