Способ измерения расхода и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01F1/00 G01F1/58 

Изобретение относится к приборостроению, точнее к способам измерения расхода и устройствам для его осуществления.

Известен способ измерения расхода , получивший наименование площёщь-скорость, в основу которого положено измерение площади поперечного сечения потока и локальной скорости в одной или нескольких -характерных точках сечения потока 1.

Недостатком известного способа измерения расхода является его низкая точность и чувствительность к форме профиля скорости. Чем сложнее профиль скорости потока и чем меньше точек по сечению потока, в которых изменяется локальная скорость, тем ниже точность измерения расхода.

Устройством для осуществления известного способа измерения расхода являются трубопровод с установленными в нем измерителями локальной скорости.

Недостатком известного услфойства является низкая точность измерения расхода при изменении профиля скороети потока.

В качестве измерителя локальной скорости потока может быть приманен

известный электромагнитный измеритель. Данный измеритель имеет теле обтекайия цилиндрической формы, внутри которого расположен электромагнит,, а на внешней поверхности установлены диаметрально противоположно друг другу два электрода. Измеритель скорости располагается в трубопроводе

- таким образом, что поток протекает

10 вдоль образующей цилиндрической поверхности его тела обтекания. Применение.данного измерителя скорости в . расходомере, реализующем способ Площадь-скорость, позволяет так15же измерять только потоки с нормализованным турбулентным профилем скорости. Расходомер оказывается чувствительным к скорости потока в той же мере, как и расходомер, в котором

20 применено какое-либо другое устройстВ.О для измерения скорости потока: 2 Целью изобретения является повышение точности измерения расхода.

Эта цель достигается тем, что до25полнительно измеряют градиенты скорости потока в местах измер1ения локальной скорости. По градиентам скорости .потока -и координатгм точек измерения корректируют результат изме30рения . Способ измерения расхода может быть реализован с помощью устройств имеющего трубопровод с установленным в нем по крайней мере одним электро магнитным измерителем скорости потока, который выполнен в виде цилиндр ческого тела обтекания, расположенного параллельно оси трубопровода, и имеющего на поверхности два измер тельных электрода, а внутри тела обт кания магнитную систему, причем локальный электромагнитный измеритель скорости снабжен двумя дополнительными электродами, расположенными на внешней поверхности тела обтекания на равном расстоянии от измерительных электродов по периметру сечения, проходящему через линии, соединяющие электроды, перпендикулярно оси измерителя, а сам измеритель ско рости расположен в трубопроводе таКИМ образом, что линии, соединяющие электроды, расположены вдоль радиуса трубопровода. На фиг. 1 изображен профиль скорости noTQKa в трубопроводе с круглым сечением канала; на фиг. 2 - рас ходомер, реализующий предложенный способ измерения расхода. В точке поперечного сечения канала 1 (фиг. 1) изме15яют локальную CKO рость потока V и градиент скорости dv/dn по координате-п, направленной нормально, к данной пинии тока. Линия нормали в данном случае совпадает с линией радиуса трубопровода. Для повышения точности измерения могут быть установлены m измерителей скорости и соответствующее .число измерителей градиента скорости. Расход вычисляется по формуле (fQ (1) где S - площадь поперечного сечения канала, Ч,« средняя скорость потока, вы численная по одной или нескольким (га), измеренным локальным скорост , как это выполняется при применении известного способа площадь-скорость. Ч --Т м- (1) ср WiVi поправка на влияние формы пр филя скорости, вычисленная по формуле «-1|.„ ь,

где а - постоянный коэффициент, определяемый координатами i-й точки измерения. Коэффициент Q может зависеть также .от градиента скорости в 5

где , потенциалы измерительных

J „ электродов; V , V - локальные скорости вблизи электродов. i-й точке, однако, эта зависимость выражена слабо и во многих случаях измерения расхода ею можно пре небречь; - градиент скорости в i-й точке, по координате, направленной нормально к линии тока. Коэффициент Q определяется расчетно либо экспериментально, путем проливки прибора на расходомерной установке. В трубопроводе (фиг. 21 разМещен электромагнитный измеритель скороети потока 2 с цилиндрическим телом обтекания. Измеритель скорости имеет сердечник 3 с двумя полюсами и обмоткой возбуждения 4, питаемой от источника.переменного тока 5. Внешняя поверхность измерителя скорости пок- рыта слоем 6. На внешней поверхности расположены два измерительных электрода 7 и два дополнительных электрода 8, контактирующих с измеряемой жидкостью. Дополнительные электроды 8 соединены между собой проводником и .заземлены. Измеритель скорости 2 расположен в трубопроводе таким образом, что линия, соединяющая измерительные электроды 7 совпадает с . направлением радиуса трубопровода 1. К измерительным электродам подсоединено измерительное устройство 9, Расходомер работает следующим образом. При движении потока по трубопроводу 1 токопроводящая жидкость пересекает силовые линии магнитного поля, создаваемого магнитной системой измерителя скорости. Вокруг измерителя скорости образуется электрическое поле, напряженность которого пропорциональна индукции магнитного поля и скорости потока. При этом потенциалы электрического поля на контактной поверхности измерительных электродов 7 пропорциональны величинам окальных скоростей потока вблизи каждого электрода. Потенциалы на контактной поверхности дополнительных электродов одинаковы, поскольку эти электроды замкнуты проводником. Дополнительные электроды расположены по линии магнитной нейтрали 10 измерителя скорости, поэтому потенциал на этих электродах равен потенциалу жидкости, удаленной от магнитного поля, т.е. нулю. Сигнал алгебраической суммы потенциалов меящу измерительными электродами пропорционален сумме локальных скоростей вблизи измерительных электродов 4,4. (4) ...Сигнал алгебраической разнрсти потенциалов между измерительными электродами пропор.ционапен разности локальных скоростей потока вблизи измерительнш электродов или гргщиенту скорости по радиусу тру бопровода. li 4W-.grma,, (5) где 2R - расстояние между измеритель ными электродами, R - радиус измерителя скорости. С помощью измерительного устройст ва б производится обработка сигналов снимаемых с электродов и преобразова ние их в выходной сигнгш, пропорциональный расходу жидкости в трубопроводе 1. Наличие дополнительных электродов которые заземляются, позволяет симметриррвать измерительную схему и тем самым снизить влияние различного рода Помех на результат измерения расхода. . Особенно это важно при измерении алгебраической разности потенциа ловЧ-f I пропорционгшьной градиенту скорости потока, поскольку она имеет существенно более низкий уровень, чем алгебраическая сумма потен цисшов f-i-f, пропорциональная локаль ной скорости потока. Формула изобретения 1. Способ измерения расхода в тру бопроводе путем измерения локальных скоростей потока, по крайней мере, в одной точке поперечного сечения канала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме рения, измеряют градиенты скорости потока в местах измерения локальной скорости и корректируют результат измерения. 2. Устройство для осуществления способа по. п. 1, имекядее трубопровод с установленным i нем, по крайней -мере, одним электромагнитным измерителем скорости пЬтока, который выполнен в виде цилиндрического тела обтекания,, расположенного параллельно оси трубопровода и имеющего на поверхности два измерительных электрода а внутри тела обтекания магнитную систему , отличающееся теп что локальный электромагнитный измеритель скорости имеет два дополнительных электрода, расположенных на нешней поверхности тела, обтекания на равном расстоянии от измерительных электродов по периметру сечения, проходящему через линии, соединяющие электроды, перпендикулярно оси измерителя скорости, причем оба дополнительных электрода соединены проводником, а сам измеритель скорости расположен в трубоп роводе таким образом, что линии, соединямедие измерительные электроды, расположены вдоль радиуса трубопровода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Катыс Г.П. Системы автоматичес кого контроля полей скоростей и расходов. М., Наука , 1965, с,464. 2.Вельт И.Д., Крылова Г.И., Лег бедев С.МГ Оптимизация параметров электромагнитного измерителя скорости потока. Сб. материалов к УП Таллинскому совещанию по электромагнитным расходомерам и электротехнике жидких проводников, вып. 1; Изд. Эстонского республиканского правленияНТО Приборпром, 1976, с. 57-67. g orrtjf-