СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01P5/10 G01F1/68 

Описание патента на изобретение RU2244310C1

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения скорости однофазного потока жидкости при ламинарных и турбулентных режимах течения.

Известен способ определения скорости потока жидкости, заключающийся в том, что нагревают спай термопары от отдельного нагревателя, измеряют температуру спая термопары, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(T), где W - скорость потока, Т - температура спая термопары (Б.И.Леончик, В.П.Маякин. Измерение в дисперсных потоках. М.: Энергоатомиздат. 1981. С.92).

Недостатки способа заключаются в следующем: измерение температуры указанным способом имеет большую инерционность, в том числе и за счет наличия электроизоляционного слоя между спаем термопары и отдельным нагревателем. Конструкция датчика сложна из-за наличия элементов электроизоляции, отдельного нагревателя. Рабочие температуры датчика ограничены свойствами электроизоляции и не превышают 200-250°С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ определения скорости однофазного потока жидкости, заключающийся в том, что подводят от источника переменного тока к спаю измерительной термопары фиксированную мощность, нагревают спай измерительной термопары, отделяют полезный сигнал, сформированный спаем измерительной термопары, от сигнала генерируемого источником переменного тока, измеряют температуру спая измерительной термопары, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(T),

где W - скорость потока, Т - температура спая термопары (Б.И.Леончик, В.П.Маякин. Измерение в дисперсных потоках. М.: Энергоатомиздат. 1981. С.92).

В известном способе отделение полезного сигнала, сформированного спаем измерительной термопары, от сигнала генерируемого источником переменного тока достигается с помощью фильтра нижних частот, состоящего из конденсатора и дросселя. Основной недостаток способа заключаются в том, что с помощью фильтра нижних частот не удается полностью отстроиться от помех, проходящих от источника переменного тока. Вследствие прохождения помех и невозможности их количественной оценки измерение температуры, и соответственно скорости проводится с большой погрешностью.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности определения скорости потока жидкости, что обеспечивается тем, что к спаю термопары мощность подводят импульсно, измеряют мощность и время импульса, измеряют температуру спая на нисходящем участке зависимости Tсп=f(τ), определяют темп охлаждения спая на нисходящей ветви зависимости Tсп=f(τ), m=-(dTсп/dτ)/(Tспж), определяют коэффициенты теплоотдачи αв и αн, на основе зависимостей αн=mcρV/F и αв=N/(F(Tспж)), определяют среднее значение коэффициента теплоотдачи αср=(αвн)/2 определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(αcp), причем время импульса τm выбирается из условия достижения регулярного режима τр нагрева спая, определяемое на основе условия - mв=-((dTсп/dτ)/(Тспж)=idem с течением времени, а максимальная температура спая не превышает температуру насыщения при давлении теплоносителя в сечении измерения скорости, где с, ρ, V, F - соответственно теплоемкость, плотность, объем, поверхность спая -определяются предварительно в процессе отладочных опытов, N - мощность импульса, W - скорость потока жидкости в месте размещения спая, м/с, Тcп, Тж - соответственно температура спая (средняя по объему), температура жидкости °С, m=-(dTcп/dτ)/(Tспж) - темп охлаждения (нагрева) спая, αв и αн коэффициенты теплоотдачи на восходящей и нисходящей участках кривой Тсп=f(τ)

Достижение технического результата, заключающегося в повышении точности определения скорости однофазной жидкости, обеспечивается тем, что, определение скорости потока достигается на основе величин не требующих отделения полезного сигнала термопары от питающего сигнала, идущего на вход измерительной цепи. Действительно, темп охлаждения mв, на основе которого определяется αн, определяется при отключенном источнике, а коэффициент теплоотдачи αв для своего определения не требует использования отстроенной от помех зависимости вида Tсп=f(τ). Технический результат достигается также тем, что дополнительно к определению коэффициента теплоотдачи на нисходящей части зависимости Tсп=f(τ) используется восходящий участок, на котором определяется среднее значение коэффициента теплоотдачи на восходящей части зависимости Tсп=f(τ). Использование восходящей и нисходящей ветвей зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи и соответственно скорости потока позволяет устранить погрешности, связанные с зависимостью теплоотдачи от направления теплового потока (нагрев, охлаждение) и уменьшить погрешности, обусловленные начальными условиями.

На фиг.1 показана схема для осуществления способа.

На фиг.2 показана качественная зависимость Tсп=f(τ).

На фиг.3 показана градуировочная зависимость W=f(αcp), на основе которой определяется скорость потока предлагаемым способом. Схема для осуществления способа, фиг.1, включает в себя следующие элементы 1 - Регулируемый источник переменного тока, 2 - электронный ключ - служит для управления источником питания, 3 - разделительная емкость, 4 - термопара, 5 - фильтр нижних частот, 6 - измеритель мощности переменного тока, тактовый генератор, 8 - АЦП, аналого-цифровой преобразователь, 9 - ПВМ, персональный компьютер.

Способ определения скорости потока жидкости осуществляется следующим образом.

Помещают спай термопары в канал, где производят измерение скорости жидкости. Измеряют температуру жидкости. Подводят от источника переменного тока к спаю термопары мощность. Далее нагревают спай термопары. Нагрев проводят импульсно. Измеряется мощность импульса, время нагрева и температура спая. Термопара выполнена по 4-х проводной схеме, т.е. подвод мощности к спаю осуществлен с помощью медных изолированных проводов, а выходной сигнал (измерительный) с помощью изолированных хромель-копелевых проводов (использовалась термопара типа ХК). После нагрева термопары до определенной температуры спая (температура спая не должна превышать температуру насыщения при давлении теплоносителя в сечении измерения скорости) источник отключается и спай охлаждается. Время нагрева и охлаждения равны, причем это время превышает время выхода на регулярный режим нагрева и охлаждения спая термопары. Далее определяют темп охлаждения спая на нисходящей ветви зависимости Tсп=f(τ), m=-(dTсп/dτ)/(Tспж), определяют коэффициенты теплоотдачи αв и αН на основе зависимостей αн=mcρV/F и αв=N/(F(Tспж)), определяют среднее значение коэффициента теплоотдачи αср=(αвн)/2, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(αcp). Поскольку определение скорости правомерно в стационарных режимах, вышеописанные действия можно проводить как в реальном времени, так и после получения соответствующих данных.

В качестве примера рассмотрим определение расхода воды в трубе диаметром 10 мм. Режимные параметры: давление 16.0 МПа, температура 200°С, расход воды варьировался в пределах 180 - 360 кг/час. Зависимость W=f(αcp) предварительно была получена на проливочном (градуировочном) стенде на идентичном канале. Скорость, используемая для градуировки, определялась с помощью трубки Пито, установленной в центре трубы. Термопара устанавливалась в центре трубы. При проведении измерений на измерительном стенде скорость в центре трубы определялась с помощью термопары и сравнивалась со скоростью, определенной с помощью трубки Пито. Сравнение скоростей в указанном диапазоне расходов показало совпадение в диапазоне 5-7%.

Похожие патенты RU2244310C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННОГО ЛОКАЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ 2007
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Болтенко Дмитрий Эдуардович
RU2337350C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЖИДКОСТИ В СТАЦИОНАРНЫХ И ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ 2005
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Шаров Виктор Петрович
RU2295730C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ 2006
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Шаров Виктор Петрович
RU2320999C2
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ 1995
  • Спирин Н.А.
  • Новиков В.С.
  • Федулов Ю.В.
  • Швыдкий В.С.
  • Лавров В.В.
RU2095422C1
ТЕРМОПАРА 2004
  • Болтенко Дмитрий Эдуардович
  • Кирин Николай Николаевич
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Шаров Виктор Петрович
RU2289107C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ 2002
  • Болтенко Э.А.
  • Шаров В.П.
  • Болтенко Д.Э.
  • Цой В.Р.
RU2212669C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В РЕАКТОРЕ 2000
  • Мительман М.Г.
  • Дурнев В.Н.
RU2161829C1
СПОСОБ БЕЗДЕМОНТАЖНОЙ ПРОВЕРКИ ТЕРМОПАРЫ И ЗНАЧЕНИЯ ЕЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СПОСОБНОСТИ 2019
  • Ходунков Вячеслав Петрович
RU2732341C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЛИТЬЯ 1990
  • Заков Л.П.
  • Панин М.Ф.
  • Жарницкий М.Д.
  • Решетов В.В.
SU1790091A1
Способ измерения долей компонентов в потоке двухфазной среды 2020
  • Попов Александр Иванович
  • Беляев Михаил Михайлович
RU2751579C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 244 310 C1

Реферат патента 2005 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения скорости однофазного потока жидкости при ламинарных и турбулентных режимах течения. Способ заключается в том, что подводят импульсно от источника переменного тока к спаю измерительной термопары мощность, нагревают спай измерительной термопары, измеряют мощность N и время импульса τ , измеряют температуру спая на нисходящем участке зависимости Tсп=f(τ ), определяют темп охлаждения спая на нисходящей ветви зависимости Tсп=f(τ ), m=-(dTсп/dτ )/(Tспж), где Тсп и Тж - температуры спая и жидкости соответственно, определяют коэффициенты теплоотдачи α в и α н, на основе зависимостей α н=mcρ V/F и α в=N/(F(Tспж), где F поверхность спая, V - объем спая, с и ρ - теплоемкость и плотность материала спая соответственно, определяют среднее значение коэффициента теплоотдачи α ср=(α вн)/2, определяют скорость W потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(α cp), причем время импульса τ m выбирается из условия достижения регулярного режима τ р нагрева спая, определяемое на основе условия - mВ=-(dTсп/dτ )/(Tспж)=idem с течением времени. Техническим результатом является повышение точности определения скорости потока. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 244 310 C1

Способ определения скорости потока жидкости, заключающийся в том, что подводят от источника переменного тока к спаю измерительной термопары мощность, нагревают спай измерительной термопары, измеряют температуру спая термопары, отличающийся тем, что к спаю термопары мощность подводят импульсно, измеряют мощность и время импульса, измеряют температуру спая на нисходящем участке зависимости Tсп=f(τ), определяют темп охлаждения спая на нисходящей ветви зависимости Tсп = f(τ), m = - (dTcп/dτ)/(Tcпж), определяют коэффициенты теплоотдачи αв и αн, на основе зависимостей αн=mcρV/F и αв=N/(F(Tспж)), определяют среднее значение коэффициента теплоотдачи αср=(αвн)/2, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(αcp), причем время импульса τm выбирается из условия достижения регулярного режима τр нагрева спая, определяемое на основе условия

-mВ = - (dTсп/dτ)/(Tспж)=idem

с течением времени, а максимальная температура спая не превышает температуру насыщения при давлении теплоносителя в сечении измерения скорости, где с - теплоемкость материала спая; ρ - плотность материала спая; V - объем спая; F - поверхность спая – определяются предварительно в процессе отладочных опытов, N - мощность импульса, W - скорость потока жидкости в месте размещения спая, м/с, Тсп, Тж - соответственно температура спая (средняя по объему), температура жидкости, °С, m = - (dTcп/dτ)/(Tcпж) - темп охлаждения (нагрева) спая, коэффициенты теплоотдачи αв, αн на восходящей и нисходящей участках кривой Tсп=f(τ).

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2244310C1

ЛЕОНЧИК Б.И
и др
Измерения в дисперсных потоках
- М.: Энергоатомиздат, 1981, с.92
Способ теплового измерения расхода и устройство для его осуществления 1981
  • Дубовой Николай Дмитриевич
  • Поволоцкий Станислав Андреевич
  • Сазонов Александр Афанасьевич
SU1126818A1
US 6338271 В1, 15.01.2002
Штамм молочнокислых бактерий @ @ @ @ ВКПМ В-2430,используемый для восстановления нитритов мелассы 1985
  • Дудикова Галина Николаевна
  • Зайнуллина Гульжахан Хамзиновна
  • Глушкова Валентина Алексеевна
  • Семихатова Наталья Михайловна
  • Жусупбеков Марат Аскарович
  • Сиротина Татьяна Анатольевна
  • Тулякова Татьяна Владимировна
SU1294823A1
GB 1193973 А, 03.06.1970.

RU 2 244 310 C1

Авторы

Болтенко Э.А.

Шаров В.П.

Глазырин П.С.

Болтенко Д.Э.

Цой В.Р.

Даты

2005-01-10Публикация

2003-04-24Подача