РОТАМЕТР Российский патент 1995 года по МПК G01F1/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода подаваемой по трубопроводу жидкости.

Известен ротаметр, состоящий из конической (обычно стеклянной) измерительной трубки, расходящейся вверх, внутри которой помещен поплавок. Последнему для снижения зависимости градуировочной характеристики от вязкости измеряемого вещества придается особая форма дисковая или тарельчатая, когда основное трение потока происходит на очень небольшой боковой поверхности диска, или поплавок дополнительно снабжается направляющим кольцом (или двумя), что повышает степень турбулизации обтекающего поплавок потока и способствует снижению упомянутой зависимости. Применение направляющих любого типа (и особенно направляющих колец) осложняет конструкцию ротаметра [1]
Известен также ротаметр с поплавком переменной массы, состоящий из корпуса, набора грузиков, крышки и пружинки. Изменяя число грузиков, помещаемых в корпус поплавка, можно использовать такой ротаметр для измерения сред с различной вязкостью по градуировочной характеристике, полученной на воде (воздухе). При этом характеристики из поплавка (кроме веса) остаются постоянными [2]
Недостатком ротаметра, помимо необходимости разборки ротаметра и его поплавка, является ограниченный диапазон применения, так как при изменении вязкости среды масса поплавка должна быть изменена пропорционально квадрату, что не всегда возможно из-за ограниченности выбора применяемых материалов по плотности. В той же степени ограничивает возможности описанного ротаметра то обстоятельство, что в нем невозможно плавно изменять массу поплавка.

Ближайшим аналогом изобретения является ротаметр, в котором измерительная трубка снабжена подвижной электромагнитной обмоткой с указателем, расположенной поверх измерительной трубки и подключенной к источнику регулируемого электрического напряжения, а поплавок снабжен ферромагнитным стержнем [3] Данный узел коррекции вязкости среды позволяет плавно изменять эффективный (расчетный) вес поплавка в соответствии с изменением вязкости жидкости при изменении ее температуры. Это осуществляется путем изменения реостатом силы тока, пропускаемого по компенсационной электромагнитной обмотке, без нарушения целостности измерительного участка. Таким образом, в этом ротаметре имитируется изменение вязкости измеряемой жидкости изменением эффективного веса поплавка, что позволяет для получения градуировочных характеристик ротаметра для измеряемых жидкостей с разной вязкостью использовать одну градуировочную жидкость. При этом воздействующее на поплавок электромагнитное поле изменяют до абсолютных значений, соответствующих вязкости тех сред, расход которых требуется измерить.

Ротаметр имеет существенный эксплуатационный недостаток, заключающийся в появлении погрешности при наличии электромагнитных полей, что ведет к появлению неучтенных погрешностей измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в ротаметре, содержащем измерительную трубку с помещенным в нее поплавком, а также корректор вязкости измеряемой жидкости, включающий источник регулируемого электрического напряжения, корректор вязкости выполнен в виде электродов, размещенных изолированно друг от друга в измерительной трубке по всей высоте рабочего хода поплавка и подключенных к источнику регулируемого электрического напряжения.

На чертеже изображен схематически ротаметр.

Ротаметр содержит измерительную трубку 1 с расширяющимся кверху проходящим сечением, в которой помещен поплавок 2 и электроды 3 и 4, изолированные друг от друга и подключенные к источнику 5 регулируемого напряжения постоянного или переменного тока. Электроды 3 и 4 подключены к разным полюсам источника 5 напряжения. Форма, количество и размещение электродов 3 и 4 в измерительной трубке 1 могут иметь ряд вариантов и их комбинаций, однако критерием их выбора является создание равномерного в пределах рабочего хода поплавка 2 электрического поля и сведение к минимуму потерь напора в канале преобразователя прибора. Таким образом, сущность предложения состоит в создании равномерного электрического поля в жидкости, протекающей в измерительной трубке 1, и возможности произвольного его изменения с целью изменения вязкости этой жидкости, что позволяет используя лишь одну градуировочную жидкость (воду), имитировать протекание жидкостей с другими значениями вязкости и проводить градуировку ротаметра для измерения им расхода различных жидких сред, включая агрессивные и токсичные.

Ротаметр работает следующим образом.

Вначале производят градуировку ротаметра на выбранной градуировочной жидкости в отсутствие электрического поля. Затем производят градуировку с наложением электрического поля на градуировочную жидкость. В качестве градуировочной жидкости могут быть выбраны как диэлектрические слабопроводящие жидкости, так и проводящие жидкости. При этом воздействие электрического поля приводит к возрастанию вязкости диэлектрических градуировочных жидкостей η_гр^эл > η_гр и к уменьшению вязкости проводящих жидкостей вследствие возрастания их температуры из-за джоулева нагрева, η_гр^эл < η_гр. По результатам измерений строится зависимость относительного изменения вязкости градуировочной жидкости n^эл= η_гр^эл / η_гр от напряженности электрического поля Е. Определяют отношение n= η_изм / η_гр вязкости жидкости η_изм, расход которой необходимо измерять в эксплуатационных условиях, к вязкости градуировочной жидкости η_гр По графику зависимости n^эл от Е находят значение напряженности электрического поля, соответствующее n^элn. При данном значении напряженности Е вязкость градуировочной жидкости в поле η_гр^эл по абсолютной величине будет соответствовать вязкости жидкости η_изм, расход которой необходимо измерять. Для определенной таким образом напряженности электрического поля Е находят соответствующее ему напряжение U, которое необходимо подать на электроды 3 и 4 для получения требуемого значения вязкости η_гр^эл. В случае плоскопараллельных электродов подаваемое напряжение U=E.˙d, где d расстояние между электродами 3 и 4. Найденное выше напряжение U подают на электроды 3 и 4 и при значении вязкости в поле η_гр^эл= η_изм производят градуировку расходомера, т. е. для каждой точки его шкалы во всем ее диапазоне находят соответствующие им величины расхода. При этом в случае необходимости производят пересчет показаний на плотность измеряемой среды по известным формулам, полученным с использованием теории подобия.

При подаче напряжения U на электроды 3 и 4 под действием электрического поля в зависимости от его напряженности происходит возрастание вязкости слабопроводящих жидкостей или уменьшение вязкости проводящих жидкостей, протекающих через канал преобразователя 1 между электродами. Различным значениям вязкости η_гр^эл будут соответствовать различные значения напряженности электрического поля Е и напряжения U, подаваемого на электроды 3 и 4, что обеспечивается источником 5 регулируемого напряжения.

Для получения различных значений вязкости можно использовать электрические источники, обеспечивающие как дискретное, так и непрерывное плавное регулирование выходного напряжения. Источник с плавным регулированием выходного напряжения, подаваемого на электроды, обеспечивает возможность плавного изменения вязкости градуировочной жидкости в диапазоне, определяемом напряженностью внешнего электрического поля и электрофизическими свойствами жидкости. Это дает возможность градуировать расходомер и использовать его для измерений расхода жидкостей, вязкость которых лежит в широком диапазоне.

Описанный ротаметр существенно упрощает задачу измерения расхода как чистых жидкостей, так и их смесей, поскольку для градуировки используется одна градуировочная жидкость, а для получения различных значений вязкости используются различные значения напряженности электрического поля, накладываемого на жидкость, то есть вместо перехода с одной градуировочной жидкости на другую необходимо простое переключение источника поля с одного напряжения на другое.

В качестве градуировочной может быть выбрана такая диэлектрическая или проводящая жидкость, которая является доступной, безвредной и обладает необходимыми электрическими свойствами для обеспечения требуемого изменения вязкости. При выборе в качестве градуировочной диэлектрической жидкости необходимо иметь ввиду что эффект изменения вязкости в электрическом поле возрастает с увеличением напряженности поля и дипольного момента молекул жидкости. Наложение электрического поля на проводящую жидкость приводит к ее джоулеву нагреву в связи с возникновением электрического тока и, следовательно, к возрастанию температуры жидкости и уменьшению ее вязкости. Величина этого эффекта при данном напряжении на электродах определяется значением удельной электропpоводности жидкости. Вязкость в этом случае определяется по известной зависимости ее от температуры жидкости, протекающей между электродами 3 и 4.

После проведения градуировки с электродов 3 и 4 снимается электрическое напряжение, источник 5 отключается от электродов и расходомер может быть использован для измерения расхода.

Использование расходомера обеспечивает повышение точности измерения расхода различных жидкостей и их смесей, так как градуировка расходомера производится на градуировочной жидкости с более точным воспроизведением вязкости измеряемой жидкости наложением на градуировочную жидкость электрического поля, чем в случае градуировки обычным способом с помощью сред-заменителей; возможность измерения расхода агрессивных, ядовитых и вредных для здоровья человека жидкостей и их смесей, поскольку отпадает необходимость в их непосредственном использовании при градуировке расходомера; существенное упрощение в обеспечении процесса градуировки расходомеров, так как исключаются трудности с подбором градуировочных сред-заменителей, а изменение вязкости достигается простым изменением напряженности поля, подаваемого на электроды; резкое сокращение затрат времени на проведение градуировки расходомера, так как не требуется замена одной градуировочной среды на другую; сокращение экономических затрат на получение рабочих характеристик расходомера, так как градуировка производится на одной жидкости, которая полностью восстанавливает свои свойства после снятия напряжения с электродов; сокращение экономических затрат особенно ощутимо, когда расходомеры выпускаются небольшими сериями, т.е. когда нерентабельно построение пересчетных таблиц путем градуировки на жидкостях-заменителях; возможность плавного изменения вязкости градуировочной жидкости в широких пределах при простоте предлагаемой конструкции расходомера, так как для создания электрического поля внутри измерительной трубки требуется лишь установка электродов; легкость, плавность, простота и гибкость регулирования величины вязкости градуировочной жидкости с помощью регулируемого электрического напряжения, подаваемого на электроды, что дает возможность автоматизации процесса градуировки.

Использование: в измерительной технике, в частности в устройстве для измерения расходов подаваемых по трубопроводу жидкостей различной вязкости. Сущность изобретения: ротаметр содержит измерительную трубку с помещенным в ней поплавком, электроды, источник регулируемого напряжения. Изменяя напряжение от источника, изменяют напряженность генерируемого в преобразователе электрического поля и вязкость протекающей по нему градуировочной жидкости, т. е. имитируют протекание жидкости с вязкостью, отличной от вязкости градуировочной жидкости. На различных значениях напряжения источника (вязкости) ротаметр градуируют обычным способом. 1 ил.

РОТАМЕТР,содержащий измерительную трубку с помещенным в нее поплавком, а также корректор вязкости измеряемой жидкости, включающий источник регулируемого напряжения, отличающийся тем, что корректор вязкости выполнен в виде электродов, размещенных в измерительной трубке изолированно друг от друга по всей высоте рабочего хода поплавка и подключенных к источнику регулируемого напряжения.