УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА СРЕДЫ В ТРУБОПРОВОДЕ Российский патент 2003 года по МПК G01F1/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей, газа или пара в различных отраслях народного хозяйства.

Известны устройства определения расхода среды, содержащие корпус с расположенным в нем сужающим элементом, в качестве которого использованы труба Вентури, или диафрагма, или сопло и т.п. Датчики, измеряющие давление потока, установлены в разных точках по длине корпуса устройства до и после сужающего элемента. Работа устройства основана на принудительном изменении величины скорости и давления среды вдоль потока. По разности измеренных давлений определяют расход среды (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества: справочник. - Л., Ленингр. отд-е, 1989, стр. 13).

Недостатком этого устройства является сложность конструктивного выполнения за счет высоких требований к конфигурации сужающих элементов. Большие габариты устройства при использовании трубы Вентури, так как для исключения вихревых явлений необходимы ее большие продольные размеры. Кроме того, устройство имеет ограниченный диапазон измеряемого расхода, что связано с квадратичной зависимостью измеряемой разности давления от расхода среды. Для увеличения диапазона измерения требуется применение дорогих и сложных дифманометрических систем.

Известны устройства определения расхода среды (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества: справочник. - Л., Ленингр. отд-е, 1989, стр.11 -12), содержащие поворотные элементы в виде сегментов тора; колена с поворотом потока на 90^o; кольца с поворотом потока на 180 и 360^o. Датчики, измеряющие давление потока, установлены в плоскости поперечного сечения потока. Перепад давления, образующийся в закруглении устройства в результате действия центробежной силы в потоке, измеряют в плоскости поперечного сечения, перпендикулярной центральной оси потока. По измеренному перепаду давления определяют расход среды через устройство.

Недостатком этих устройств является ограниченный диапазон измеряемого расхода, что связано с квадратичной зависимостью измеряемой разности давления от расхода среды. Кроме того, существуют сложности изготовления поворотного элемента заданной площади и конфигурации сечения, особенно для средних и больших диаметров трубопроводов.

Известно устройство для измерения расхода (авт. св. СССР 538229, 1976 г. , G 01 F 7/00), содержащее корпус, разделенный на n изолированных каналов, входы которых соединены между собой, а выходы соединены со входами первичных преобразователей расхода с разными площадями сечений, связанными с измерительными датчиками. Первичные преобразователи расхода расположены последовательно и предназначены для измерения соответствующих их пропускной способности расходов среды. При увеличении объема расхода происходит "переключение" на съем показаний с одного первичного преобразователя на следующий первичный преобразователь, работающий с большими значениями расхода.

Недостатком данного устройства является сложность его конструкции и высокая стоимость из-за наличия по существу нескольких расходомеров, соединенных последовательно.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому является расходомер для жидкости по авт. св. 1744476, 1992 г., G 01 F 1/00, содержащий корпус из двух параллельных изолированных каналов одинакового сечения, с датчиками отбора давления, расположенными в перпендикулярных центральным осям потоков плоскостях сечения каналов. Датчики отбора давления соединены с приемником перепада давления. Один из каналов выполнен прямолинейным, а второй криволинейным.

Недостатком этого расходомера является сложность технического исполнения и недостаточная его надежность, обусловленная нестабильностью работы из-за нерегулярности формирования потоков в параллельных каналах по причине существенной разнотипности этих каналов в месте их разветвления. Кроме того, ограничено применение этого устройства при малых расходах или малой плотности среды, например газа.

Задачей данного изобретения является создание надежного и недорогого устройства для определения расхода среды в широком диапазоне.

Поставленная задача решается тем, что устройство для определения расхода среды, содержащее корпус, состоящий, по меньшей мере, из двух изолированных каналов с датчиками отбора давления, расположенными в плоскости сечения каждого канала, при этом датчики соединены с приемником перепада давления, согласно изобретению снабжено как минимум одним разделителем внутри корпуса для образования смежных каналов, причем разделители установлены в корпусе так, чтобы хотя бы один из каналов был сужающимся.

Для получения изолированных каналов разделитель может быть выполнен в виде пластины, два противоположных ребра которой сопряжены с внутренней боковой поверхностью корпуса.

Разделитель также может быть выполнен в виде усеченного конуса.

Разделитель в виде усеченного конуса для простоты исполнения каналов может быть установлен соосно с корпусом.

Для стабилизации параметров потоков и измерений концевые части разделителей могут быть выполнены параллельными оси трубопровода.

При наличии в корпусе более двух изолированных каналов устройство может быть дополнительно снабжено коммутатором переключения датчиков отбора давления, подключенным последовательно между датчиками отбора давления и приемником перепада давления.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства с цилиндрическим корпусом и пластинчатыми разделителями, образующими три изолированных канала. На фиг. 2-7 приведены варианты выполнения устройства с различными разделителями потока.

Устройство содержит корпус 1 (фиг.1), разделенный на изолированные каналы разделителями 2, расположенными в корпусе 1 под углом к центральной оси корпуса. Датчики отбора давления 3 установлены в каждом канале в плоскости его сечения. Датчики 3 соединены с приемником перепада давлений 4 через коммутатор 5. Корпус 1 может иметь произвольное по конфигурации и переменное по величине по ходу потока сечение. Разделители 2 выполнены с торцевыми частями параллельными оси трубопровода, в котором установлено устройство.

Работу заявляемого устройства рассмотрим на варианте его выполнения с тремя изолированными каналами.

Измеряемую среду подают в корпус 1, где разделителями 2 общий поток разделяют на три изолированных потока. Так как разделители 2 расположены в корпусе под углом к его центральной оси, конфигурация потоков в каналах изменяется по отношению к исходной, при этом потоки I и II расширяются к выходу, а поток III сужается. Датчики 3 отбора давления измеряют давление в каждом канале. Коммутатор 5 подключает попарно датчики к приемнику перепада давления 4. По разности давлений в каналах определяют расход среды.

Разделители 2, датчики давления 3, приемник перепада давления 4 подбирают таким образом, чтобы по измеренным давлениям, к примеру, в паре каналов (потоков) I и III вычислялся расход жидкости в некотором диапазоне (G_min1, G_max2) значений расхода, а по измеренным давлениям в паре каналов II и III вычислялся расход жидкости в некотором диапазоне (G_max1, G_max2) значений расхода, больших по сравнению с величинами расхода в первом диапазоне.

Измеренные датчиками 3 величины давления в паре каналов передаются в приемник перепада давления 4 и далее из приемника 4 в вычислитель В для расчета величины расхода.

Вычислитель В снабжен логическим устройством, которое при переходе значений расхода из одного диапазона в другой подает сигнал на коммутатор 5 для соответствующего переключения на приемник 4 датчиков давления 3 другой пары каналов.

Таким образом, обеспечивается определение расхода жидкости в расширенном диапазоне (G_min1, G_max1, G_max2) значений расхода жидкости".

Использование предлагаемого устройства позволяет определять расход в широком диапазоне без дорогостоящих дифманометрических систем. Устройство просто в исполнении, надежно и может быть использовано для сред различной плотности и при малых расходах.

Изобретение предназначено для измерения расхода жидкостей, газа или пара в различных отраслях народного хозяйства. Устройство содержит корпус, снабженный как минимум одним разделителем для образования внутри корпуса смежных каналов. Разделители установлены в корпусе так, чтобы хотя бы один из каналов был сужающимся. Датчики отбора давления расположены в плоскостях сечения каждого канала и соединены с приемником перепада давления. Разделители могут быть выполнены в виде пластины или набора пластин, а также в виде усеченного конуса. При наличии в корпусе более двух изолированных каналов устройство дополнительно снабжено коммутатором переключения датчиков отбора давления. Технический результат: расширение функциональных возможностей устройства. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство определения расхода среды в трубопроводе, содержащее корпус, состоящий по меньшей мере из двух изолированных каналов, связанных с датчиками отбора давления, расположенными в плоскости сечения каждого канала, при этом датчики соединены с приемником перепада давления, отличающееся тем, что оно снабжено как минимум одним разделителем, расположенным внутри корпуса, для образования изолированных смежных каналов, причем разделители установлены в корпусе так, чтобы хотя бы один из каналов был сужающимся.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разделитель выполнен в виде пластины, два противоположных ребра которой сопряжены с внутренней боковой поверхностью корпуса.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разделитель выполнен в виде усеченного конуса.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что разделитель в виде усеченного конуса установлен соосно с корпусом.5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что торцевые части разделителей выполнены параллельными оси трубопровода.6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что при наличии в корпусе более двух изолированных каналов оно дополнительно снабжено коммутатором переключения датчиков отбора давления, подключенным последовательно между датчиками отбора давления и приемником перепада давления.