Устройство для измерения массового расхода электропроводных жидкостей Советский патент 1983 года по МПК G01F1/64 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения расхода жидкостей, и может быть использовано в химической, нефтехимической, микробиологической и других отраслях промышленности.

Известны расходомеры, содержащие измерительный участок трубопровода. и размешенные на нем нагреватель и два термочувствительных элемента до и после нагревателя. Термочувствительные элементы включены в мостовую измерительную схему, по -разбалансу которюЯ судят о величине расхода . ,

Указанные расходомеры,имеют недостаточное быстродействие, обусловленное тепловой емкостью арматуры датчика, и чувствительность, : а также невь1сокую точность при измерении болыаих расходов вследствие необходимости измерения малых разностей температу р.

Наиболее близким к предлагаемому по техни еской сущности является расходомер, состоящий из двух кондуктометрических ячеек, которые выполнены-в виде трубки из диэлектрического материала, вдоль которой расположены три электрода, крайние электроды соединены между собой через два резистора. В одну из диагоналей моста, на средний электрод и в точку соединения двух резисторов подается напряжение питания постоянного тока, причем на средний электрод подается положительный . потенциал, к двум крайним электродам подключен вольтметр Н .

Недостатком известного расходомера является то, что в нем не учитывается влияние паразитного шунтирующего сопротивления, которое складывается из сопротивлений измеряв-. мой жидкости до и после крайних электродов датчика, а электрическая цепь замыкается технологическим трубопроводом. Это шунтирующее сопротивление снижает чувствительность вторичного, прибора и увеличивает влияние поляризационных явлений на показания прибора, так как образуются еще две дополнительные кондуктометрические ячейки между крайними электродами датчика и техйологическим трубопроводом.

Кроме того, невозможно учесть величину, а следовательно, и степень влияния шунтирующего сопротивления, так Как оно зависит от различных физических факторов, например от температуры и электропроводности жидкости, а также оТ расстояния между крайними электродами датчика и технологическим трубопроводом.Цель, изобретения-- повьлиение точности измерения массового расхода электропроводных жидкостей за счет уменьшения влияния температурных и поляризационных помех.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения массового расхода электропроводных жидкостей, содержащее измерительный участок трубопровода из диэлектрического материала с .расположенными на нем, на равных расстояниях друг от друга, тремя электродами, крайние из которых подключены к измерительной диагонали мостбвой измеритель ной схемы с источником питанияj дополнйтелЬно введены два электрода, расположенных симметрично по обе стороны от упомянутых трех электродов , дифференциально-трансформаторная схема сравнения, преобразователь тока в напряжение, синхронный детектор, фильтр и автоматический потенциометр с реохордом, причем дополнительно введенные электроды соединены электрически и подключены к одному полюсу источника питания, а средний электрод подключен к другому полюсу источника питания, в диагональ питания мостовой измерительной схемы включен преобразователь тока в напряжение, выход которого соединен с одним из плеч дифференциально-трансформаторной схемы сравнения, другое плечо которой соединено с измерительной диа1гональю мостовой измерительной ,- при этом выход дифференциально-трансформаторной схемы сравнения через последовательно включенные синхронный детектор и фильтр соединен с автоматическим потенциометром, реохорд которого подключен к второму ;плечу дифференциальнотрансформаторной схемы сравнения, управляющий вход синхронного детектора подключении к источнику питания. i

Кроме того, между вторым плечом дифференциально-трансформаторной схемы и реохордом автоматического потенциометра включен корректирующий потенциометр.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит измерительный участок 1 трубопровода из диэлектрического материала, токовые электроды 2-4,. потенциальные электроды. 5 я б, стабилизатор 7 переменного напряжения, трансформатор 8, преобразователь 9 тока в напряжение, корректирующий потенциометр 10, дифференциально-трансформаторную схему 11 сравнения, которая включает разделительные трансформаторы 12 и 13, реохорд 14, синхронный детектор 15, фильтр 16 и автоматический потенциометр 17.

Устройство работает следующим образом.

При подведении напряжения питания к токовым электродам 2-4 в межэлектродном пространстве происходит нагрев жидкости вследствие вьщеления джоулева тепла. При этом, вследствие увеличения температуры происходит увеличение электропроводНОСТЙ-, которая зависит от температуры.

Электроды датчика соединены таким ,образо у1, что .образуют мостовую изме5 рительную схему где в одну диагональ (эдектроды 2-4) подключено напряжение питания, а с другой диагонали мостовой измерительной схемы эле строды 5 И, б снимается напряжение разбаланса. Напряже:ние разбаланса возникает вследствие того, что жидкость, поступающая в пространство между электродами 2 и 3, предварительно подогрета, в пространстве между электродами 3 и 4 и, следовательно, прирайдение тока между электродами 2 и 3 в два раза больше. Величина напряжения .разбаланса может быть найдена из следующего соотношения:

ft -2-1

, - Ci) где 6 :- температурный коэффициент электропроводности измеряемой жидкости; С - теплоемкость жидкости; G - массовый расход жидкости; DjUj,- ток и напряжение, подводимы к электродам; ( - разность потенциалов,: обусловленная несимметричностью расположения электродов дат чика. Указанное соотношение показывает что-предлагаемое устройство обеспечивает преобразование массового ра хода в разность потенциалов-. Увели чение чувствительности устройства достигается увеличением подводимого напряжения, причем приращение питающего напряжения соответствует приращению кзадратадЦ . Разность потенциалов Л и, снимаемая с потенциальных электродов 5 и 6, подается на разделительный трансформатор 13 дифференциально-трансформаторно схемы 11 сравнения. Последовательн вторичной обмотке трансформатора 13 включен корректирующий потенцио метр .10, падение напряжения на котором находится в противофазе с па дением напряжения на трансформаторе 13. С помощью корректирующего потенциометра 10 удается избавиться огг разности потенциалов (f , обус

ловленной несимметричностью расположения электродов. При этом соотношецие (1)

принимает видйУ j- ;ix

т с

,a:i,

откуда значение расхода :г - Р 3-и

Р ° 4-С-11Г-.

Для устранения колебаний напряжения сети на показания устройства используется стабилизатор 7 переменного напряжения. Таким образом, напряжение питания 1) стабилизировано и для определения величины расхода необходимо измерить отношения МГ Р изменении тока питания датчка происходит изменение падения напряжения на преобразователе 9 тока в напряжение. Это.напряжение подается в дифференциально-трансформаторную схему 11 сравнения, на трансформатор 12.

Напряжение разбаланса датчика bU через трансформатор 13 подается на реохорд 14 потенциометра 17. На движок реохорда 14 с трансформатора ;12 подается напряжение, пропорциональное току питания датчика. Следуе учесть, что вторичные обмотки трансформаторов 12 и 13 включены в противофазе. Эти напряжения, поданные на реохорд, находятся в следующем соотношении : где U-I напряжение, пропорциональное току питания; RP - сопротивление реохорда 14; RP - часть сопротивления рео. хорда 14 между движком рео- , хорда и общим проводом, соединяющим реохорд с трансформаторами 12 и 13; длина шкалы потенциомет„. Ра 17; с - положение стрелки потенциометра .17. Напряжение U практически не ме- няется, поэтому при изменении величины расхода Q меняется напряжение ли и разность этих двух напряжений, поданная на вход автоматического потенциометра 17, заставит вращаться двигатель до тех пор, пока на реохорде 17 не установится равенство снимаемых, с него напряжений. Соответственно при изменении физических хар актеристик жидкости, таких как Температурами электропроводность, происходит изменение тока питан:1Я датчика, а следовательно, и U (одновременно изменится и ЛU, что внесет корректировку в показания автоматического потенциометра. При протекании через жидкость переменного электрического, тока на

электродах возникают поляризационные явления, которые проявляются в виде высших гармоник. Уровень этих гармоник намного выше уровня флуктуационных помех-шумов, поэтому для уменьшения влияния поляризационых явлений /используют синхронный детектор 15. Фильтр.16 служит для сглаживания пульсаций напряжения, снимаемого с синхронного детектора. На управ41яю1аий вход синхронного Детектора подается напряжение с трансформатора 8. В качестве автоматического потенциометра может

быть использован потенциометр КСП-4 и встроенный в него реохорд. Предлагаемое устройство вследствие простой конструкции дешево в изготовлении, обслуживании и эксплуат1ации. Поскольку оно имеет высокую точность измерения,, то его можно использовать для автоматического контроля расхода технологических процессов, что в свою очередь позволит создать надежные и точные системы регулирования расхода и тем самым повысить качество и количество выпускаемой Продукции.

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ. МАССОВОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ, содержащее измерительный участок трубопровода из диэлектрического материала.с распбложенньами на нем, на равных расстояниях друг от друга, тремя электродами, крайние из которых пcяключeн л к измерительной диагонали мостовой измерительной схемы с источником питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыьиения точности измерения за счет уменьшения влияния температурных и поляризаци-. онных помех, в него допблнительно введены два электрода, расположенных симметрично по обе стороны от упомянутых трех электродов, дифференциально-трансформаторная схема сравнения, преобразователь тока в напряжение, синхронный детектор, фильтр и автоматический потенциометр с реохорде, причем дополнительно введенные элек-троды срединёны эл:ектрически и подключены к одному полюсу источника питанияj а средний электрод подключен к другому . полюсу источника питания, в диагональ питания мостовой измерительной схемь включен преобразователь тока в напряжение, -выход которого соединен с одним из плеч дифференциально-Трансформаторной i схемы сравнения, другое плечо ко- . торой соединено с измерительной (Л диагональю мостовой измерительной схемы, при этом выход дифференцис ально-трансформаторной схемы сравнения через последовательно включенц ле синхронный детектор и фильтр соединен с автоматическим потенциометром, реохорд которого подклЮче« к второму -плечу дифференциально-трансформаторной схемы, SF5 управляющий вход синхронного детекi( тора подключен к источнику питания. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между вторым плечом дифференциально-трансформаторной схемы сравнения и реохордом автоматического потенциометра включен корректирующий потенцио-. метр.

17