СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1995 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Широко известен способ измерения скорости потока текучей среды путем сравнения полного давления, создаваемого текучей средой, и статического давления этой среды (дифференциальный способ Пито) [1]
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является модифицированный способ Пито [2] обеспечивающий защиту от засорения, при котором измерение осуществляют путем сравнения полного давления, создаваемого текучей средой, и статического давления этой среды и создания противодавления полному и статическому давлениям потока.

Недостатком этого известного способа является его низкая чувствительность при малых скоростях текучей среды и чувствительность к изменению плотности, температуры, давления и состава текучей среды.

Это объясняется тем, что в уравнении математической модели, лежащей в основе реализации известного способа, V где V измеряемая скорость; Δр перепад между полным и статическим давлениями; ρ- плотность текучей среды, имеется член ρ, зависящий от температуры, давления и состава текучей среды. Изобретение способа измерения скорости потока текучей среды, в математической модели которого отсутствует член ρ, позволило бы обеспечить инвариантность к перечисленным выше дестабилизирующим факторам.

Цель изобретения надежности и точности способа измерения с обеспечением инвариантности к изменению плотности, температуры, давления и состава текучей среды.

Цель достигается тем, что в способе измерения скорости потока текучей среды, предусматривающем сравнение полного давления, создаваемого текучей средой, и статического давления этой среды с созданием противодавления полному и статическому давлениям текучей среды, из измеряемой текучей среды формируют два изолированных друг от друга струйных течения, измерительное и опорное, истекающих в отдельные контрольные области из единой формирующей области согласно квадратичному закону, по которому скорость струйного течения равна квадратному корню из удвоенной разности давления в формирующей области и давления в контрольной области, деленной на плотность текучей среды, из этих двух струйных течений формируют соответствующие напорные течения, одно из которых, измерительное, направляют навстречу измеряемому потоку, а второе, опорное, перпендикулярно ему, на заданной мерной длине в каждом струйном течении измеряют его скорость и скорость потока текучей среды определяют как квадратный корень из разности квадрата скорости опорного течения и квадрата скорости измерительного течения, причем скорость изолированных струйных течений определяют либо частотным, либо фазовым способом. При этом в случае частотного способа измерение скорости указанных струйных течений осуществляют путем их деструктирования независимыми друг от друга воздействиями в начале каждой мерной длины, связанными с соответствующими струйными течениями по положительной обратной связи, вызывающей автоколебания, причем эту обратную связь выбирают так, чтобы выполнялось условие равенства скорости струйного течения произведению мерной длины на частоту колебаний, определяя тем самым скорость каждого струйного течения, а в случае фазового способа измерение скорости указанных струйных течений осуществляют путем создания пульсаций давления в формирующей области, вызывающих пульсации скорости струйных течений, измерения на соответствующей мерной длине разности фаз этих пульсаций в каждом течении и вычисления скорости соответствующего струйного течения как удвоенное произведение числа π на частоту пульсаций и мерную длину, деленное на соответствующую разность фаз.

На чертеже схематически изображено устройство, реализующее предлагаемый способ измерения, где показаны поток 1 измеряемой текучей среды, область 2 формирования избыточного давления, изолированные друг от друга струйные течения 3, контрольные области 4 распространения струйных течений, напорные течения 5 и 6, L₁ и L₂ мерные длины измерения скорости струйных течений.

Из потока 1 измеряемой текучей среды в формирующей области 2 формируют два изолированных друг от друга струйных течения 3, истекающих в отдельные контрольные области 4 из формирующей области 2 согласно квадратичному закону истечения. Из струйных течений 3 формируют напорные течения, одно из которых, измерительное 5, направляют навстречу потоку 1 текучей среды, а другое, опорное 6, направляют поперек потока 1, затем осуществляют измерение скорости струйных течений 3 на соответствующих мерных длинах L₁ и L₂ частотным или фазовым способом и определяют скорость потока как квадратный корень из разности квадрата скорости опорного течения и квадрата скорости измерительного течения.

Таким образом, благодаря формированию изолированных струйных течений, скорость которых зависит от противодавления напорного и статического давлений измеряемого потока, и применению частотного или фазового способов измерения скорости этих струйных течений исключается влияние нелинейности измерителей скорости струйных течений (измеряются частота и фаза, а не амплитуда скорости течения), а дифференциальный характер измерения позволяет достичь инвариантности к изменению плотности, температуры, давления, состава и вязкости текучей среды.

Использование: в автоматике, в частности в системах управления технологическими процессами. Сущность изобретения: повышение надежности и точности измерения скорости потока текучей среды с обеспечением инвариантности к измерению плотности, температуры, давления и состава текучей среды достигается тем, что из измеряемой текучей среды формируют два изолированных друг от друга струйных течения, измерительное и опорное, истекающих в отдельные контрольные области из единой формирующей области согласно квадратичному закону, по которому скорость струйного течения равна квадратному корню из удвоенной разности давления в формирующей области и давления в контрольной области, деленной на плотность текучей среды. Из этих двух струйных течений формируют соответствующие напорные течения, одно из которых, измерительное, направляют навстречу измеряемому потоку, а второе опорное - перпендикулярно ему. На заданной мерной длине в каждом струйном течении измеряют его скорость, и скорость потока текучей среды определяют как квадратный корень из разности квадрата скорости опорного течения и квадрата скорости измерительного течения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ путем сравнения полного давления, создаваемого текучей средой, и статического давления этой среды и создания противодавления полному и статическому давлениям потока, отличающийся тем, что из измеряемой текучей среды формируют два изолированных друг от друга струйных течения, измерительное и опорное, истекающих в отдельные контрольные области из единой формирующей области согласно квадратичному закону, по которому скорость струйного течения равна квадратному корню из удвоенной разности давления в формирующей области и давления в контрольной области, деленной на плотность текучей среды, из этих двух струйных течений формируют соответствующие напорные течения, одно из которых, измерительное, направляют навстречу измеряемому потоку, а второе, опорное, перпендикулярно ему, на заданной мерной длине в каждом струйном течении измеряют его скорость, а скорость потока текучей среды определяют как квадратный корень из разности квадрата скорости опорного течения и квадрата скорости измерительного течения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение скорости указанных струйных течений осуществляют путем их деструктирования независимыми друг от друга воздействиями в начале каждой мерной длины, связанными с соответствующими течениями по положительной обратной связи, вызывающей автоколебания, причем эту обратную связь выбирают при выполнении условия равенства скорости струйного течения произведению мерной длины на частоту колебаний. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение скорости указанных струйных течений осуществляют путем создания пульсаций давления в формиующей области, вызывающих пульсации скорости струйных течений, измерения на соответствующей мерной длине разности фаз этих пульсаций в каждом течении и вычисления скорости струйных течений как удвоенное произведение числа π на частоту пульсации и мерную длину, деленное на разность фаз.