Способ измерения массового расхода среды

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ

tn) 892214 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 1002.78 (21) 2572601/18-10

{5!)м. клз с присоединением заявки Ио

G 01 F 1/00

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 231281. Бюллетень М 47

{53) УДК 681.121 (088 ° 8) Дата опубликования описания 231281 (72) Автор изобретения

Л.Н. Тетеревятииков

Специальное конструкторское бюро Всесовзного1 научнопроизводственного объединения "Соввгаэавтоматйка "-— (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА СРЕДЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для определения массового расхода среды. известен способ измерения массово- 5 го расхода по перепаду давления на перегородке (диафрагме), установленной в трубопроводе, по которому протекает измеряемый поток, и плотности, которую также требуется измерять (1) . 10

Необходимость измерения плотности среды усложняет способ определения расхода и снижает его точность, а в связи с тем, что зависимость между перепадом давления и расходом квадра- 15 тичная, сокращается диапазон измеряемых расходов. . Известен способ измерения расхода путем создания дополнительного потока вещества в виде струи, вытекаю- . 2{) щей в направлении, перпендикулярном измеряемому потоку, пересекающей часть сечения измеряемого потока, и определения перепада давления в точках, расположенных против отверстия 25 истечения струи в зоне действия этой струи (?) .

Недостатком этого способа является ограниченный диапазон измеряемых расходов. Кроме того, по перепаду 3р давления можно определить лишь скорость измеряемого потока, или массовый расход при известной и постоянной плотности вещества потока. Для измерения же массового расхода при переменной плотности, как и в расходомерах с диафрагмой, необходимо дополнительно измерять плотность.

Известен также способ измерения массового расхода по перепаду давления, возникающему в трубопроводе в области цилиндра, вращающегося с постоянной скоростью, частично перегораживающего измеряемый поток .и создающего дополнительный поток в виде части измеряемого потока, вращающейся вместе с цилиндром. Перепад давления по такому способу непосредственно связан с массовым расходом и, следовательно, не требуется дополнительного измерения плотности. Перепад давления, кроме того, прямо пропорционален массовому расходу, следовательно, нет и ограничений диапазона измерения, имеющих, место у диафрагменных расходомеров, обусловленных квадратичной зависимостью между расходом и перепадом Э .

Однако точное измерение расхода с помощью такого способа ограничено

892214 весьма малыми значениями расходов.

Кроме того, точность измерения расхода существенно зависит от структуры потока. Структура потока оказывает влияние на точность измерения вследствие расположения точек отбора давления в зоне взаимодействия потоков измеряемого и дополнительного. Изменение структуры измеряемого потока может привести к изменениям или колебаниям перепада при том же самом расходе. Это создает дополнительную погрешность измерения.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых расходов и повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что измеряемый поток пересекают дополнительным и выводят последний из зоны их пересечения, а перепад давления измеряют между точками измеряемого потока, расположенными до и после пересечения его дополнительным потоком, причем параметры дополнительного потока определяют из условий:

Ни

Ч4 ) Чи и Вд 7 Ви i йд где Н и Н вЂ” поперечные размеры сои ответственно измеряемого и дополнительного потоков в плоскости пересечения направлений потоков в зоне этого пересечения;

В и  — поперечные размеры изи меряемогд и дополнительного потоков в зоне пересечения, в направлении, перпендикулярном упомянутой плоскости;

V — средняя скорость дополнительного потока в той же плоскости в зоне пересечения потоков;

Ч вЂ” средняя скорость измеи ряемого потока в той же зоне при максимальном измеряемом расходе.

На чертеже показана схема устройства, реализующего предЛоженный способ.

Устройство содержит трубопровод

1, насос 2, размещенный в дополнительном трубопроводе 3, подключенном под прямым углом к трубопроводу 1.

Насос 2 установлен на валу электродвигателя 4 и имеет постоянную объем ную производительность. Дифманометр

5 подключен к трубопроводу 1 перед и за трубопроводом 3.

Вариантом реализации способа может быть устройство, в котором вмес- то насоса используется прямолопастная крыльчатка, установленная таким образом, что ее ось вращения размецена вне измеряемого потока.

Способ реализуется следующим образом.

Измеряемый поток проходит по трубопроводу 1. Дополнительный поток постоянной скорости обеспечивается насосом 2, приводимым во вращение с постоянной скоростью от синхронного электродвигателя 4. Создаваемый насосом 2 дополнительный поток пересекает измеряемый.

Дифманометром 5 измеряют перепад давления в трубопроводе 1 перед пересечением lioToKQB и после него.

Поток циркулирует в замкнутом трубопроводе 3, поперечный размер которого Вд, определяющий размер до35 полнительного потока, равен или больше размера В„ измеряемого потока. При этом условии дополнительный поток полностью пересекает измеряемый поток.

;Щ Перепад давления возникает вследствие сопротивления движению измеряемого потока, создаваемого пересекающим его дополнительным потоком.Это сопротивление обусловлено инерционностью частиц дополнительного потока, который движется мимо частей измеряемого потока. При этом между частями измеряемого потока постоянно .оказываются части дополнительного потока, не имеющие скорости в

З направлении движения измеряемого потока, приобретающие движение в этом направлении лишь попадая между указанными частями измеряемого потока. Такое движение обеспечивается благодаря тому, что части дополнительного потока после пересечения с измеряемым потоком выводятся иэ зоны их взаимодействия в процессе циркуляции дополнительного потока в тру40 бопроводе 3.

Зависимость перепада давления от массового расхода определяется следующим образом.

Любое элементарное сечение S в

45 дополнительном потоке, имеющее длину Уо., равную размеру Нд дополнительного потока в плоскости пересечения направлений потоков, проходя через измеряемый поток, попадает под 0 действие перепада давлений д Р

Р -P перед пересечением потоков и за ним. В конце движения в измеряемом потоке длина этого элементарного сечения, находящегося под действием такогс.,перепада давлений, становится равной у за счет смещения этого сечения под действием перепада и положения его из измеряемого потока. При этом часть сечения длиной У4 = У-Уо фактически попадает в трубопровод 1

60 за дополнительным потоком. Иэ этих частей дополнительного потока и складывается измеряемый поток.

При Уо )) Уф (а это всегда можно сделать соответствующим подбором соотношений скоростей и сечений измеря892214

Формула изобретения

Ни

Нд где Ни и Н и В ) В„ ви И Bb емого и дополнительного потоков) имеется зависимость

У

А Р1

Ф 2У (1) где Уо — начальная длина элементарного сечения 5 при входе его в измеряемый поток;

У - длина части элементарного сечения, попадающей в трубопровод 1 измеряемого пото- о ка>

Р— плотность вещества потока;

kP — перепад давления на пересечении потоков;

t — время движения элементарного сечения S в зоне пересечения потоков.

Примем поперечный размер измеряемого потока в плоскости пересечения направлений потоков равным Ни. Умножив обе части выражения (1) йа НиВи, 20 поделив на с и представив вместо У о равную величину НА, получим

УВ Ни Hg But

Ф И у

33 4Р

t 2Н„

2$ где Н и Н вЂ” поперечные размеры измеряемого и дополнительного потоков в плоскости пересечения направлений потоков в зоне этого пересечения>

 — поперечный размер измеряемого потока в зоне пересечения потоков, в направлении, перпендикулярном упомянутой плоскости.

НИ

Величина УФ В р--" представляет

И массовый расход Q вещества в труба- 40 проводе измеряемого потока. Так как величины t, Н„, В и НА по условию постоянные, то

gP = ------ а - KQ . (2)

2H* B„H

При измерении массового расхода по перепаду удобно, когда перепад пропорционален массовому расходу.Для этого необходимо постоянство и и, - SO следовательно, постоянство скорости дополнительного потока.

Возможно также использование способа и при переменной скорости дополнительного потока.

Например, может оказаться целесообразным управление сигналом дифманометра скоростью дополнительного потока путем подачи этого сигнала на электродвигатель (в данном случае электродвигатель может быть не синх- 6g ронным), или на какой-либо регулятор расхода, устанавливаемый в канале дополнительного потока. При этом будет меняться значение t, что может быть использовано, в частности, для удлинения диапазона прямой пропорциональности между АР и

Необходимым условием полного пересечения измеряемого потока дополнительныч, наряду с упомянутым ранее условием В В„, является соблюдение зависимости

Уд 7--- V

Ни (3) н И1 где У„ — средняя скорость дополнительного потока в плоскости пересечения направлений потоков, в зоне их пересечения, V„средняя скорость измеряемого потока в той же зоне при максимальном измеряемом расходе.

Реализация способа конструктивно проста и надежна, поскольку все узлы (центробежный нагреватель и дифманометр) могут быть серийного исполнения с уже известными и гарантированными характеристиками, что позволяет легко расчитать и составить расходомер с заданным соотношением между перепадом и массовьв расходом, обеспечивающий заданный диапазон измеряемый расходов.

Предлагаемай способ может использоваться для измерения массовых расходов как жидкостей, так и газов.

Способ измерения массового расхо-, да среды по перепаду давления в двух точках измеряемого потока путем создания дополнительного потока этой среды, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых расходов и повышения точности измерения, измеряемый поток пересекают дополнительным и выводят последний из зоны пересечения, а перепад давления измеряют между точкаки измеряемого потока, расположенными до и после пересечения его дополнительным потоком, причем параметры дополнительного потока определяют из условий:. поперечные размеры соответственно измеряемого и дополнительного потоков в,плоскости пересечения направлений потоков в зоне этого. пересечения; поперечные размеры измеряемого и дополнительного потоков в зоне пересечения, в направлении, перпендикулярном упомянутой плоскости;

892214

Л-A

Составитель Б.Розовская

Редактор О.Половка Техред М.Надь Корректор Н. Стец

Заказ 11207/60 Тираж 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Ч вЂ” средняя скорость доА полнительного потока в той же плоскости, в зоне пересечения потоков;

V — средняя скорость измеи ряемого потока в той же зоне при максимальном измеряемом расходе.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Цейтлин В.Г. Техника измерения расхода и количества жидкостей, газов и паров. М., 1968, с. 27-40.

2. Кремлевский П.H. Расходомеры и счетчики количества. Л., 1975, с. 645-646, рис. 340.

3. Патент ФРГ 9 1046350, кл. 42е, 23/20, 1959 (прототип).