Устройство для измерения малыхоб'емных расходов газа и пара

 

< >847044

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (Я)М. Кл.Э

G F 1/64 (22) Заявлено 170179 (21) 2713961/18-10 с присоединением заявки Йо

Государственный комитет

СССР но делам нзобретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150781,Бюллетень М 26

Дата опубликования описания 1507,81 (53) УДК 681. 121 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.И. Никаноров, Е.М. Компанец и Н.И. Тимошенко

1 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ОБЪЕМНЫХ

РАСХОДОВ ГАЗА И ПАРА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых расходов газов и паров.

Известны устройства для измерения расходов потоков, содержащие датчики объемного расхода и измерительную схему (1).

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения малых расходов. потоков, содержащее измерительный канал, измерительный и компенсационный чувствительные элементы, первый из которых размещен в проточной части корпуса, а второй в сообщающейся с ней тупиковой-камере, и мостовую измерительную:схему с чувствительными элементами в смежных плечах; включающую реверсив" ный электродвигатель, кинематически связанный с чувствительным элементом (2) .

Однако известные устройства не обеспечивают высокой точности измерения малых объемных расходов газов и перегретых паров в низком вакууме.

Цель .изобретения — повышение точности измерения малых объемных .расходов газов и паров.

Для достижения цели чувствительные элементы выполнены в виде пластин, выбранных с зазорами и разделенных перегородкой на две группы, образующие.измерительный и компенсационный конденсаторы, перегородка KGHсольно, укреплена в измерительном канале вдоль оси, вход в измерительный участок выполнен асимметрично с одной стороны крепления перегородки, а выход — соосно с измерительным участком.

В мостовой измерительной схеме параллельно компенсационному чувстви-, тельному элементу подключен линей- . ный компенсирующий конденсатор.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, вид спереди; на фиг. 2 — то же, вид сбоку; на фиг. 3 - разрез A-А на фиг. 1; на фиг. 4 †измерительная мостовая схема.

Устройство состоит из имерительного 1 К компенсациойного 2 многопластинчатых плоских конденсаторов, размещенных в одном общем сварном корпусе 3 (измерительном канале) с фланцевой крышкой 4 и кольцевым уплотнением. Фланцевая крышка 4 прижимается к фланцу 5 корпуса 3 бол30 тами и гайками. При этом достигает847044.ся вакуумное уплотнение фторопластовым кольцом 6. К крышке 4 асимметрично приварен штуцер 7, в котором выполнен канал 8 для подачи измеряемого газа (пара) к измерительному конденсатору 1.. Этот измеряемый газ для обеспечения иэотермического режима подается через змеевик 9, навитый и припаянный на стакан корпуса 3. Для отвода газа из датчика выполнен штуцер 10, симметрично приваренный к дну корпуса 3. К крышке

4 приварены плоские пластины ll - 13, являющиеся несушими стенками плоских конденсаторов 1 и 2. Между стенками

11 — 13 расположены плоские прямоугольные идентичные пластины 14, которые зафиксированы изолирующими трубками 15 и изолирующими шайбами

16. Трубка 15 расположена в отверстиях пластин 14 и отверстиях пластин 12 ° Пластины 14 совместно с изолирующими шайбами 16 сжаты гайками 17, ввинчиваемыми в резьбовые отверстия пластин 11 и 13. Проточный конденсатор 1 закрыт с торцов пластинами 18 и 19, которые прикреплены к пластинам 11 и 12 винтами или пайкой. Пластины 11,12 и 18,19 образуют канал, по которому вдоль и между пластинами 12 конденсатора 1 протекает поток измеряемого газа.

B конце канала 20: :в сечении Д поток выходит Во внутреннее пространство корпуса 3 и путем диффузии заполняет пространство между пластинами 12 конденсатора 2. Далее измеряемый поток вытекает из выходного штуцера. При этом давление среды в сечении Д и компенсационном конденсаторе 2 практически одинаковы. Для вывода проводов от измерительного и компенсационного конденсаторов

l и 2 выполнены электровводы-21 с фторопластовыми уплотнениями 22.

Для обеспечения изотермического режима, корпус 3 со змеевиком 9 расположены в термостате (не показан).

Измерительная схема представляет собой квазиуравновешенный трансформаторный мост, предназначенный для точного измерения емкости измерительного конденсатора 1. Измерительная мостовая схема состоит из трансформатора 23 напряжения, на первичную обмотку которого подается ток от генератора 24 ° Две вторичные мультифилярные обмотки включены синфазно и образуют два плеча моста с тесной индуктивной связью. Измерительный l и компенсационный конденсаторы включены в плечи моста. Для начальной установки нуля и сдвига. шкалы, при необходимости, имеется нулевой дифференциальный конденсатор 25 ° Для начальной компенсации тангенса угла потерь моста имеется дифференциаль ный конденсатор 26, изменяющий соотношение напряжений в плечах моста.

Для компенсации изменений емкости проточного конденсатора датчика, применен линейный образцовый конденсатор 27, управляемый реверсивным электродвигателем 28. С валом двигателя связана также стрелка 29 измерительного прибора и перо для самописца.

Реверсивный электродвигатель 28 управляется от усилителя 30 постоянного тока, на который подается биполярный сигнал с фазового детектора 31, подключенного к селективному усилителю 32.

При раэбалансе трансформаторного моста в его измерительной диагонали

15 возникает напряжение основной частоты, которое усиливается усилителем и подается на фазочувствительный детектор 31. При переходе баланса через нуль, фаза сигнала на

Щ усилитель 32 меняет знак. Это позволяет на выходе фазового детектора

31 получить биполярное напряжение, соответствующее чувствительности усилителя 30. После предварительного прогрева вторичного прибора и генератора синусоидальных колебаний 24, устанавливают требуемую температуру в термостате, где размещен измерительный и компенсационный конденсаторы. Эта температура выбирается выше температуры конденсации измеряемого газа. Эатем в корпусе 3 создают вакуум, В результате чего давление в измерительном и компенсационном 2 конденсаторах становится идентичным, что приводит к одинаковым значениям диэлектрической проницаемости и емкости в них.

Трансформаторный измерительный мост с помощью конденсаторов 25 и 26 ба40 лансируют и стрелка 29 вторичного прибора устанавливается на нуль шкалы. устройство включают для измерения расхода. Для этого пропускают

4 газ или пар через змеевик 9 и канал 20, где установлен измерительный конденсатор. Газ,перемещаясь по змеевику, нагревается до температуры, равной температуре конденсаторов

1 и 2. Поток газа в изотермических условиях поступает в измеритЕльный конденсатор 1, где в ламинарном режиме течения возникает перепад давления и, как следствие этого, повышается среднее давление потока в конденсаторе 1 по сравнению с давлением за ним. Проходя конденсатор

l,газ заполняет пространство между пластинами конденсатора 2 при давлении, практически равном давлению

g) за конденсатором 1. Соответственно давлениям газа в этих конденсаторах при постоянной температуре, устанавливаются различные значения плотностей и диэлектрических проницаеg$ мостей. Причем в конденсаторе 1 они

847044 больше за счет имеющегося гидроди- > намического эффекта. Величина разности диэлектрических проницаемостей (и плотностей) прямо пропорциональна скорости потока или объемному расходу, так как коэффициент динамической вязкости газов и паров в вакууме при постоянной температуре не изменяется. Объемный расход определяется по соотношению

Н hP)(1 ВН RT Ь

V = FW =ВН вЂ” "= — — - — ю ср. К 12, 18 r Р где Ч вЂ” объемный расход;

В,K - ширина и длина пластин кбнденсаторов;

Н - зазор между пластинами;

R - газовая постоянная;

Т : — абсолютная температура измеряемого газа в измерительном конденсаторе; Р— удельная поляризация измеряемого газа; — коэффициент динамической вязкости;

Ю - разность диэлектрических проницаемостей газа в измерительном конденсаторе и за ним;

APE - возникающий перепад давлений.

Вследствие различных значений диэлектрической проницаемости, устанавливаются разные величины электрических емкостей конденсаторов 1 и 2.

Баланс моста нарушается, на входе селективного усилителя 32 возникает напряжение, которое усиливается им и поступает на фаэочувствительный детектор 31, Фаза этого напряжения сравнивается с фазой опорного напряжения. В зависимости от совпадения или несовпадения фаз на выходе детектора возникает прямое или обратное постоянное напряжение, подаваемое на усилитель постоянного тока. Здесь это напряжение преобразуется, усиливается и подается на управляемую обмотку реверсивного электродвигателя 28. Двигатель 28 перемещает измерительную стрелку 29 и компенсирующим конденсатором 27 уравнове. шивает мост.

Вследствие электрической изоляции пластин 14 конденсаторов 1 и 2 от потока, влияние проводимости протекающей среды на баланс трансформаторного моста оказывается весьма малым и введение в схему моста компенсирующего элемента по проводимости, зависящей от расхода, не требуется. Изобретение позволяет иэ5 мерять расход газов и паров в ваку уме, что непосредственно влияет на разработку и поддержание режимов работы технологического оборудовайия.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения малых объемных расходов газа и пара, со15 . держащее измерительный канал, измерительный и компенсационный чув.ствительные. элементы, первый из которых.расположен в проточной части корпуса, а второй в сообщающейся с

20 ней тупиковой камере, и мостовую измерительную схему с чувствительными элементами, включающую реверсивный электродвигатель„ кинематически связанный с компенсационным чувстви25 тельным элементом, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения малых объ емных расходов газа и пара, чувствительные элементы выполнены в виде пластин, набранных с зазорами, разделенных перегородкой на две группы, образующие. измерительный и компенсационный конденсаторы, перегородка консольно укреплена в измерительном канале вдоль оси, вход в измерительный участок выполнен асимметрично с одной стороны крепления перегородки, а выход — соосно с измерительным участком.

2. Устройство по п. 1, о т л и40 ч а ю щ е е с я тем, что в мостовой измерительной схеме параллельно компенсационному чувствительному элементу подключен линейный компенсирую .щий конденсатор.

45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кремлевский П.П. Расходомеры

1 Ю I ° и счетчики количества. Л., Машгиз

1975.

50 2. Авторское свидетельство СССР

9 465551, кл. G 01 F 1/68, 1974 (прототип). !