СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА ГАЗА Российский патент 1996 года по МПК G01F1/68 

Изобретение относится к измерительной технике для измерения массового расхода газа и может быть использовано при создании расходомеров, применяемых в любых отраслях народного хозяйства.

Известен способ измерения расхода газа, основанный на создании и измерении перепада давления на сужающем устройстве, установленном в измерительном трубопроводе (1).

При протекании потока через это устройство по перепаду давления судят об объемном расходе. Для получения информации о массовом расходе требуется применение либо плотномера газа, либо дополнительных приборов для измерения давления и температуры газа. В обоих случаях необходимо также вычислительное устройство для введения непрерывной коррекции в показания дифнамометра.

Основанные на этом способе расходомеры с сужающим устройством широко применяются в промышленности главным образом потому, что для их градуировки и поверки не требуются образцовые расходомерные установки.

Недостатками известного способа измерения являются квадратичная зависимость между расходом и перепадом давления и, как следствие, очень малый диапазон измерения (не более 1:3).

Известен способ измерения расхода газа, основанный на измерении зависящего от расхода эффекта теплового воздействия на поток (2).

Если при этом происходит прогрев всей массы потока, то расходомер изменяет массовый расход. Реализация этого способа для больших расходов, а соответственно, и для труб большого диаметра экономически нецелесообразна, поскольку при этом требуется применение нагревателя большой мощности. Для решения задачи измерения расхода в трубах большого диаметра применяют способ, при котором нагрев распространяется лишь на ограниченную часть всего потока. Этим исключается необходимость большой затраты мощности.

Известен способ измерения массового расхода газа, при котором газовый поток пропускают через сужающее устройство, а часть газового потока забирают до сужающего устройства и подают в поток за ним через байпасную трубку, в которой установлены гидравлическое сопротивление для создания турбулентного режима движения потока и датчик теплового расходомера, который измеряют расход в байпасной трубке, пропорциональный расходу через сужающее устройство (3).

Преимуществами этого способа являются возможность непосредственного измерения массового расхода газа, проходящего через сужающее устройство, и использование при этом нагревателя небольшой мощности.

Однако расходомер, реализующий известный способ измерения массового расхода газа, обладает низкой эксплуатационной надежностью из-за наличия турбулентного дросселя. Для того, чтобы можно было использовать линейный участок градуировочной характеристики датчика теплового расходомера, рабочий диапазон расходов в байпасной трубке должен располагаться в начале градуировочной характеристики, то есть не превышать единиц нл/ч. С другой стороны, для того, чтобы при таких расходах турбулентный дроссель работал в турбулентном режиме, его проходное сечение должно составлять десятые и даже сотые доли миллиметра.

Такие отверстия трудно изготавливать с достаточной точностью и практически невозможно контролировать их механический износ в процессе эксплуатации.

Известный способ может применяться только для измерения расхода особо чистых газов.

Техническим результатом от использования изобретения является задача создания способов, измеряющих непосредственно массовый расход газа с помощью расходомеров с сужающими устройствами и достижение их эксплуатационной надежности.

Это достигается в способе измерения массового расхода, в котором газовый поток пропускают через нормальное сужающее устройство, часть потока забирают до сужающего устройства и подают в поток за ним через байпасную трубку, в которой установлены гидравлическое сопротивление для создания турбулентного режима движения потока и датчик теплового расходомера, которым измеряют расход в байпасной трубке, пропорциональный расходу через сужающее устройство, а часть уже ответвленного потока забирают до датчика теплового расходомера и отводят в поток за ним через дополнительную байпасную трубку, в которой с помощью гидравлического сопротивления создают ламинарный режим движения потока газа, как и в датчике теплового расходомера.

На чертеже представлен расходомер для осуществления предложенного способа.

Расходомер содержит сужающее устройство 1, байпасную трубку 2 и дополнительную байпасную трубку 2', турбулентный дроссель 3, датчик теплового расходомера 4 и ламинарный дроссель 5.

Способ осуществляют следующим образом.

Измеряемый поток подают в расходомер, где поток газа перераспределяется и проходит через сужающее устройство 1, байпасную трубку 2. Датчиком расходомера 4 производят нагрев части потока газа, проходящей через байпасную трубку 2, и одновременно измеряют изменение температуры потока (термодатчики выполняют двойную функцию измеряют температуру потока и за счет энергии питания нагревают поток).

Термодатчики включены в мостовую измерительную схему стандартного измерительного моста, по показаниям которого судят об измеряемом расходе. Параллельное включение двух участков с ламинарными режимами движения потоков M_δ и M_δ″ позволяет измерить суммарный расход через них M_δ′=M_δ+M_δ″ c помощью датчика теплового расходомера по формуле
M_δ′=(K₁+1)M_δ, (1)
где
Наличие турбулентного дросселя позволяет вычислить расход M в основном трубопроводе по расходу в байпасной трубке M_δ′ по формуле
M=(K₂+1)M_δ′, (2)
где
Используя формулы (1) и (2), получим выражение для расчета искомого расхода M через измеряемый расход M_δ
M=(K₁+1)(K₂+1)M_δ (3)
Для известного способа расчетная формула имеет вид
M=(K₃+1)M_δ, (4)
где
Как видно из формул (3) и (4), двойное байпасирование сужающего устройства позволяет снизить кратность деления потока и увеличить сечение турбулентного дросселя 3, что и обеспечивает повышение эксплуатационной надежности расходомера.

Использование: в измерительной технике при создании массовых расходомеров. Сущность изобретения: измеряемый поток пропускают через сужающее устройство, часть потока отбирают и пропускают через две параллельные байпасные трубки, в одной из которых установлен ламинарный дроссель, а в другой - турбулентный дроссель и тепловой расходомер, возвращают отобранную часть в поток за сужающим устройством, измеряют массовый расход в байпасной трубке тепловым расходомером и определяют массовый расход на сужающем устройстве. 1 ил.

Способ измерения массового расхода газа, заключающийся в том, что газовый поток пропускают через сужающее устройство, часть потока забирают до сужающего устройства и подают в поток за ним через байпасную трубку, в которой последовательно установлены первое гидравлическое сопротивление для создания турбулентного режима движения потока и датчик теплового расходомера с ламинарным режимом движения, измеряют массовый расход газа в байпасной трубке, пропорциональный массовому расходу через сужающее устройство, отличающийся тем, что часть уже ответвленного потока забирают до датчика теплового расходомера и отводят в поток за ним через дополнительную байпасную трубку, в которой с помощью второго гидравлического сопротивления создают ламинарный режим движения потока.