РАСХОДОМЕР ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01F1/22 

Изобретение относится к технике определения расхода газов и жидкостей методом постоянного перепада давления и может найти применение в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности, где необходимо измерение расхода с высокой точностью в широком диапазоне.

Известен поплавковый расходомер, содержащий корпус с цилиндрическим каналом и установленный в нем поплавок. Корпус расходомера выполнен в виде двух полуцилиндров, установленных с постоянным зазором между ними [1]
При перемещении поплавка в вертикальном направлении он перекрывает зазоры между полуцилиндрами, изменяя сечение для прохода среды через расходомер. Недостатком описанной конструкции является невозможность измерения малых расходов, вследствие того, что часть расхода среды проходит через зазор между стенкой канала и поплавком и при малых расходах поплавок садится на днище корпуса расходомера.

Известен пружинно-дисковый расходомер, состоящий из конической стеклянной трубки с нанесенной на нее измерительной шкалой, в которой перемещается диск, насаженный на вертикальный шток, закрепленный на измерительной пружине [2] Вес диска уравновешивается суммой усилий потока, подъемной силы и усилием пружины.

Недостатком пружинно-дискового расходомера является то, что уравновешивающее усилие пружины прямо пропорционально степени ее растяжения, не обеспечивает постоянства относительной ошибки определения расхода во всем диапазоне измерений, что ведет к снижению точности измерений при малых значениях расхода. Кроме того, трение пружины и измерительного диска о шток приводит к появлению систематической погрешности измерения расхода.

Наиболее близким аналогом изобретения является поплавковый расходомер с электрической дифференциально-трансформаторной передачей показаний [3] Измерительная часть расходомера состоит из цилиндрического металлического корпуса с диафрагмой, внутри которой установлен с возможностью вертикального перемещения конусный поплавок, жестко насаженый на шток и связанный с системой электрической дифференциально-трансформаторной передачи показаний.

Техническим результатом от использования изобретения является создание конструкции расходомера постоянного перепада давления, обеспечивающего высокую точность измерения при изменении расхода в широком диапазоне.

Это достигается тем, что в поплавковом расходомере постоянного перепада давления, состоящем из цилиндрического корпуса с диафрагмой, внутри которой установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок, жестко насаженный на шток и связанный с системой электрической дифференциально-трансформаторной передачи показаний, боковая поверхность поплавка имеет криволинейный профиль, а диаметр горизонтального сечения поплавка изменяется по высоте и определяется по формуле:

где d диаметр горизонтального сечения поплавка;
d₁ диаметр отверстия в диафрагме;
h расстояние от верхнего основания поплавка;
a коэффициент расхода, определяемый экспериментально, путем градуировки расходомера.

Выполнение боковой поверхности поплавка криволинейного профиля обеспечивает повышение дифференциальной чувствительности расходомера пропорционально уменьшению абсолютных значений измеряемого расхода, что соответствует постоянству относительной погрешности определения расхода во всем диапазоне измерений. Это позволяет повысить точность измерений при малых значениях расхода и расширить за счет этого пределы измерений.

Устройство поясняется чертежом.

Расходомер состоит из цилиндрического корпуса 1 с диафрагмой 2. Внутри диафрагмы 2 перемещается поплавок 3 с криволинейным профилем боковой поверхности, жестко насаженный на шток 4. На штоке 4 укреплен сердечник 5 датчика электрической дифференциально-трансформаторной передачи показаний. Сердечник 5 помещается внутри разделительной трубки 6, снаружи которой находится катушка 7 датчика. Ограничитель 8 служит для ограничения перемещения штока 4 в вертикальном направлении.

Устройство работает следующим образом. При изменении расхода среды поплавок 3 со штоком 4 перемещается в вертикальном направлении, изменяя площадь кольцевого зазора между поплавком 3 и диафрагмой 2 таким образом, что перепад давления на диафрагме остается постоянным, что обеспечивается постоянством веса поплавка и жестко соединенных с ним элементов. Перемещение поплавка 3 передается сердечнику 5 и затем, через систему электрической дифференциально-трансформаторной передачи показаний, на показывающую шкалу (на чертеже не показано).

Диаметр горизонтального сечения поплавка 3 изменяется в зависимости от расстояния от верхнего основания поплавка h и может быть вычислен по следующей формуле:

где d диаметр горизонтального сечения поплавка:
d₁ диаметр отверстия в диафрагме:
h расстояние от верхнего основания поплавка:
a коэффициент расхода, определяемый экспериментально, путем градуировки расходомера по известной методике.

Выбор геометрических параметров расходомера, таких как диаметры верхнего и нижнего оснований поплавка, его высота, а также диаметр отверстия в диафрагме, определяется свойствами среды, протекающей через расходомер и диапазоном измеряемых значений расхода.

Формула (1) получена исходя из условия, что дифференциальная чувствительность расходомера обратно пропорциональна измеряемому расходу во всем диапазоне измерений:

где Q расход среды, протекающей через расходомер.

Условие (2) обеспечивает уменьшение абсолютной погрешности определения расхода пропорционально уменьшению его абсолютного значения, так как абсолютная погрешность обратно пропорциональна дифференциальной чувствительности прибора что соответствует постоянству относительной погрешности определения расхода во всем диапазоне измерений. Это повышает точность измерений при малых значениях расхода и позволяет расширить пределы измерений.

Использование: изобретение относится к технике определения расхода газов и жидкостей методом постоянного перепада давления и может найти применение в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо измерение расхода с высокой точностью в широком диапазоне. Сущность изобретения: расходомер постоянного перепада давления состоит из цилиндрического корпуса 1 с диафрагмой 2, внутри которого установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок 3, жестко насаженный на шток 4 и связанный с системой 5 электрической дифференциально-трансформаторной передачи показаний. Боковая поверхность поплавка 3 имеет криволинейный профиль, а диаметр горизонтального сечения поплавка изменяется по высоте согласно математической зависимости. 1 ил.

Поплавковый расходомер постоянного перепада давления, состоящий из цилиндрического корпуса с диафрагмой, внутри которой установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок, жестко насаженный на шток и связанный с системой электрической дифференциально-трансформаторной передачи показаний, отличающийся тем, что боковая поверхность поплавка имеет криволинейный профиль, а диаметр горизонтального сечения поплавка изменяется по высоте и определяется по формуле

где d диаметр горизонтального сечения поплавка;
d₁ диаметр отверстия в диафрагме;
h расстояние от верхнего основания поплавка;
a коэффициент расхода, определяемый экспериментально, путем градуировки расходомера по иэвестной методике.