Тепловой расходомер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()970114 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву Р 556329 (22) Заявлено 14. 04. 81 (21) 3276293/18-10 (51)М Кл з

G 01 F 1/68 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК681. 121..8(088.8) Опубликовано 30.10.82. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 3Q1Q82 (72) Авторы изобретения

Г.A Соколов и Ю.С. Фомичев

Ленинградский ордена Октябрьской Револ

Трудового Квасного Знамени технологиче им.. Ленсовета (71) Заявитель (54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к измерению расходов жидкостей, в частности к тепловым .расходомерам.

По основному авт. св. 9 556329 известен тепловой расходомер, основанный на измерении расхода в функции темпа регулярного охлаждения (m) термочувствительных элементов первичного преобразователя, состоящего из термочувствительного и нагревательного элементов, усилительного, логарифмирующего и двух последовательно включенных дифференцирующих блоков, нульорганов, формирователя импульсов и устройства управления нагревательным элементом первичного преобразователя.

Указанный расходомер обладает высоким быстродействием и обеспечивает измерение расхода сред под высоким давлением Р 1) .

Недостатком известного расходомера является невозможность его использования для измерения расходов сред переменного состава, так как темп охлаждения термоприемников, являющийся основным информационным параметром зависит как от расхода, так и от состава потока.

Цель изобретения — создание расходомера с повышенной точностью изме рения расхода путем введения коррекции по составу потоков сред, транспортируемых под высокими давлениями.

Поставленная цель достигается установкой дополнительного термочувствительного элемента, соединенного с последовательно включенными усилительнологарифмирующими, дифференцирующими блоками, нуль-органом, выход нульоргана подключен к второму входу первого дифференцирующего блока, второй выход которого подключен к входу вычислительного блока, который через блок задержки подключен к измерительной схеме и непосредственно к регистраторам расхода и состава потока, при этом дополнительный термочувствительный элемент установлен на расстоянии, определяемом из формулы

Х ка, хо где Х вЂ” зона установки дополнительного термочуъствительного элемента от начала нагревателя по ходу потока, X — зона установки основного о термочувствительного элемен, та oz начала нагревателя по ходу потока, K — коэффициент чувствительности устройства по расходу и составу потока .

На чертеже приведена конструкция и измерительная схема расходомера.

Расходомер состоит из металлического патрубка 1, нагревателя 2, термоприемников 3 и 4, блоков, составляющих схему известного расходомера

5 (усилительный и логарифмический блоки, два последовательно соединенных дифференцирующих блока, нуль-ор ганы, формирователь импульсов и устройство управления источником нагре-, ва ) и корректирующей схемы. Корректирующая схема включает усилительно- 15 логарифмирующий блок б, два дифференцирующих блока 7 и 8, нуль-орган 9, блок 10 задержки и вычислительный блок 11, регистратор 12, измеряющий расход, и регистратор 13, измеряющий 20 состав среды.

Расходомер работает следующим образом.

При включении нагревателя температура термоприемника 8 повышается до определенного значения, которое устанавливается в зависимости от выбранного диапазона измерения. При достижении сигналом термоприемника 8 заданного уровня срабатывает нуль-орган и через устройство управления отключает нагреватель 2, происх9дит охлаж-, дение термоприемника 3 и 4 и начинается процесс измерения.

Сигнал с термоприемника 3 поступает на вход измерительной схемы 5 известного расходомера. Укаэанный сигнал усиливается и далее подается в логарифмирующий блок, где выделяется логарифмическая функция сигнала.

Прологарифмированный сигнал термо- 4О приемника 3 поступает в два последовательно соединенных дифференцирующих блока. Первый дифференцирующий

36и Я» блок выполняет операцию . = м» 45

i и определяет темп регулярного режима охлаждения, который зависит как от расхода, так и от состава измеряемой

- среды. Второй дифференцирующий блок предназначен для определения момента наступления регулярного режима охлаждения термоприемника, при наступлении которого сигнал на выходе равен нулю. С этого момента выход первого дифференцирующего блока, определяюще- 55 го m „ подключается к блоку 10 задержки. Сигнал с блока 9 поступает на вход вычислительного блока 11.

Сигнал с термоприемника 4 поступает на вход корректирующей схемы,, уси- бо ливается и логарифмируется в блоке б.

Перный дифферЕнцирующий блок 7 определяет темп регулярного режима охлажЭриа2. дения термоприемника 4 ь| а 65 отличный по величине от m.» и зависящий также от расхода и состава измеряемой среды. Второй дифференцирующи. блок 8 и нуль-орган 9 предназначены для определения момента наступления регулярного режима, когда сигнал на выходе дифференцирующего блока равен нулю. При этом нуль-орган 9 выдает сигнал на передачу информации с дифференцирующего блока 7 на вход вычислительного блока 11.

Таким образом, на выходе измерительной схемы 5 расходомера и блока

7. корректирующей схемы при измерении расхода сред переменного состава формируются сигналы m è m,. зависящие как от расхода, так и от состава среды, т. е.

Из„= Д(,c) = (6,С). где G — объемный расход, С вЂ” состав потока.

Синхронизация во времени сигналон т„ u m, поступающих в блок антоматизации, осущестнляется блоком 10 задержки, управляющей работой нагревателя

В вычислительном блоке 11 реализуется (c разделением совокупной информации по расходу и составу ) решение системы уравнений (1). К выходу вычислительного блока подключен регистратор 12, измеряющий величину расхода G с коррекцией по составу среды. Кроме того, с подключением регистратора 13 может дополнительно измеряться состав среды C. Уровень сигналов, изменяющихся н процессе измерения значений ж,»и в, обеспечивается расположением термоприемников 3 и 4 на различных расстояниях относительно нагревателя. Зоны установки этих термоприемников могут быть определены с учетом следующих рассуждений.

Известно, что при малых длинах участков нагрева, имеющих место в тепловых расходомерах, локальное значение коэффициента теплоотдачи с от стенки трубы к потоку среды сут-;ественно изменяется по длине трубы X и определяется следующей зависимостью:

ОР7 Е . R e 0 5 P "I (d (X ) О

oL= (z) где Re u P r — соответственно критерий Рейнольдса и

Прандтля

d — диаметр трубы, 8, - коэффициент теплопроводности измеряемой среды..

Для случая установки термоприемников н двух фиксированных по длине трубы точках Х,(и Х будет справедлива зависимость

K — = —, (>)

Х с »

О Х,,АЪ»

Формула изобретения

m < = с ., ном, mÿ = 1с . ° (4) к вто

Из (4) следует к == 4. (5)

25, го по блока подкл посре

Следует отметить, что коэффициент

К характеризует чувствительность да и расходомера к измеряемым параметрам ч а и (расходу и составу) . ный т

Для получения конечной информации новле о расходе и составе должно соблидатьиз фо ся неравенство К ) 1, а именно 2 К 5 согласно экспериментальным исследованиям. С учетом выражений (3 ) и (5) будем иметь где с, — локальные коэффициенты теплоотдачи от стенки трубы к потоку в точках

Х и X „

К вЂ” поправка, учитывающая влияния изменения расхода или состава потока за время одного процесса измерения.

Поскольку время процесса одного измерения мало и составляет 5-6 с, то можно считать для практических случаев расход и состав потока за время измерения неизменными и, сле-. довательно, можно считать К = 1.

В свою очередь темп охлаждения термоприемников, размещенных на наружной поверхности стенки трубы, пропорционален значениям локальных коэффициентов теплоотдачи в точках их уста новки, т. е.

К

Ха Я(б)

Х-„

С целью получения максимального быстродействия прибора термоприемник

3 необходимо располагать в точке X

Х, соответствующей расстоянии от начала нагревателя по ходу потока, доскольку именно в этой зоне имеет место наибольшее значение коэффициента теплоотцачи. Тогда зона установки дополнительного термоприемника 4Х по ртношению к термоприемнику 3 определится с учетом (6 ) и Х о

+ Х из выражения — К вЂ” 1. (") хо

Предлагаемое изобретение может найти применение при измерении расхода переменного состава в условиях химических и нефтехимических производств.

1. Тепловой расходомер по авт. св.

Р 556329, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расхода путем введения коррекции rro составу измеряемой среды,. в него введен дополнительный термочувствительный элемент, соединенный с последовательно включенными усилительно-логарифмирующими двумя дифференцирующими блоками и нуль-оргавыход нуль-органа подключен рому входу первого дифференщего блока, второй выход котородключен к входу вычислительного который через блок задержки ючен к измерительной схеме и недственно к регистраторам расхосостава потока.

Расходомер по п. 1, о т л ишийся тем, что дополнительермочувствительный элемент устан на расстоянии, определяемом рмулы

К вЂ” 1, Хо где Х вЂ” зона установки дополнительного термочувствительного элемента от начала нагревателя по ходу потока; О Х вЂ” зона установки основного термочувствительного элемента от начала нагревателя по ходу потока, К вЂ” коэффйциент чувствительнос45 ти устройства по расходу и составу потока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 556329, кл. G 01 F 1/68, 1975.

970114

Составитель Н. Андреева

Редактор С. Тараненко Техред Т.Маточка

Корректор Г.Решетник.

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.. Проектная,. 4

Заказ 8369/47 Тираж 673

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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