Способ определения расхода газа и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в хроматографии, системах создания газовых калиброванных потоков и других аналитических и технологических процессах, где тре- буется контроль расхода газа,

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - вре- менная зависимость введения потока дмфундирующего вещества в точке А; на фиг. 3 - временная зависимость изменения парциального давления в точке В.

Устройство для определения расхода газа содержит блок 1 ввода вещества, установленный в газовом тракте и выполненный в виде твердоэлектролитной ячейки (ТЭЯ) для подачи газообразующей гримеси, датчик 2 измерения парциального давления газообра- зуюодей примеси, расположенный в газовом тракте за блоком 1 ввода вещества по направлению потока газа, блок 3 регистрации парциального давления газообразующей примеси, логический блок 4, формирователь 5 калибре- ванного потока газообразующей примеси и блок 6 обработки и выдачи информации. Выход датчика 2 измерения парциального давления газобразугащей примеси через блок 3 регистрации парциального давления газооб- разующей примеси подключен к входу логического блока 4 аыхзды которого соединены соответственно с. входом формирователя 5 калиброванного потока газообразующей примеси и одним из входов блока б обработки к выдачи информации, другой вход последнего подключен к блоку 1 звода вещества

Устройство работает следующим образом.

Пусть W - расход газа-носителя в газо- вом тракте. В точке А с помощью датчика 2 измерения парциального давления газообразующей примеси измеряют фоновое значение определенной примеси в газе-носителе, это значение поступает в блок 3 регистрации парциального давления и далее в логический блок 4, позволяющий сравнивать предыдущие значения с последующими, после того как логический блок 4 фиксирует выход на стационарное значение фонового давле- ния РФ определенной примеси, оно выдаёт величину этого значения на блок 6 обработки и выдачи информации и импульс управления в формирователь 5 калиброванного потока определяемой примеси Q. который вводится блоком 1 ввода вещества в точке В в поток газа-носителя,

Введенное блоком 1 в точке А количество газа размешивается и транспортируется газом-носителем до точки В, где происходит

повышение парциального давления до величины Рф + АР, причем чем больше расход газа, тем в большем количестве газа размешивается постоянно поступающее количество газа (диффундирующее вещество) и тем самым меньше величины ДР. При выходе парциального давления в точке В на новое стационарное значение (Рф + ДР) логический блок 4 выдает новое значение стационарного давления для прекращения формирования калиброванного потока в формирователь 5. Затем процесс измерения повторяется. Определяя величину А Ри зная калиброванный поток Q, приведший к увеличению парциального давления по формуле

W 5-C,(1)

кт

определяют расход газа, где С

М

k газовая постоянная: Т - температура; М - молекулярная масса вводимого газа (газообразующей примеси).

На фиг, 2 приведена временная зависимость введения газообразующей примеси е точке А. По оси абсцисс отложено время, по оси ординат - количество газообразной приме-си, в единицу времени вводимой в точке А. Момент времени, обозначенный ta, соответствует началу введения калиброванного тока QCT, момент времени tx - окончанию введения потока, Величина времени At равняется продолжительности введения газооб- разую-цей примеси.

На фиг. 3 представлена временная зависимость изменения парциального давления вводимой газообразующей примеси в точке В. По оси абсцисс время, по оси ординат парциальное давление, Момент времени ts на этом графике соответствует выходу на фоновое значение Рф втоке инертного газа после того, как прекращается введение калиброванного потока. Время tk соответствует моменту выхода на новое стационарное значение парциального давления Рф + АР, полученное в результате введения калиброванного потока газообразующей примеси в точке А. Значения моментов времени tk и ta одинаковы на фиг, 2 и 3 и определяются с помощью логического блока 4. Используя два значения стационарного давления, находят величину АР, обусловленную введением калиброванного потока Q, и подставляя в формулу (1), находят расход газа.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят определение расхода аргона при проведении хроматографических исследований. Введение периодического калиброванного потока кислорода осуществляют

с помощью ТЭЯ. Измерения парциального давления кислорода также осуществляют с помощью ТЭЯ по формуле Нернста

RT

in

(2)

где Ро - парциальное давление кислорода а атмосфере, Р0 0,21 атм; Р02 парциальное давление кислорода в инертном газе; R - газовая постоянная; Т - температура; F R Т число Фарадея. Обозначим -д-р К, для на-О

ших температур К 2,15x10 В. Обозначим р

через Еф (3) величину фоновой ЭДС

Гф

на ячейке, работающей в потенциометриче- ском режиме. При постоянном расходе измерения Еф равна 0,1703 В.

Используя формулу(3), определяют знаЁЈ

чение Рф Р0е к , (4) которое для измеренной величины Еф 0,1703 В составляет Рф 7,6х .

Вводят поток кислорода с помощью ТЭЯ, причем количество вводимого кислорода определяют по формуле

Q Ir/c, где I - ток, А.

Для 1 4,1- 0 3,3

г/с,

р Обозначают Едоз

(5)

Величину ЭДС получают после введения дозированного потока кислорода с помощью ТЭЯ, где пРф Рдоз-величина нормального давления кислорода после введения дозированного потока кислорода.

Для О 3,3- 10 7г/сЕдоэ 0,1052.

Обозначают ДЕ ЕДОз - Еф. Из формул (3) и (5) получаютДЕ

41 {п4илип 1 .(6)

S «- П

Таким образом, с помощью величин Еф 0,1703 В и ,1052 В, находят п 20,6. Зная величину п, можно найти

ДР пРф - Рф Рф(п - 1). (7)

В данном случае Р 1,5- атм. Подставляй {4} и (б) в фомулу (1), находят расход газа в случае использования ТЭЯ по форму- ле(7)

W1

IEE S )

х 10 6м3/с

(8)

где значения напряжения подставляются в вольтах, а значения тока в амперах. Для данного примера W 0,58 см /с.

Возможен также альтернативный вари5 ант реализации способа, при котором в поток не вводят диффундирующее вещество, а наоборот выводят из него рабочее вещество с последующим измерением парциального давления ниже по потоку.

10 Применение альтернативного способа перспективно в химически чистых потоках газа, загрязнение которых посторонним диффундирующим недопустимо. Формула изобретения

15 1. Способ определения расхода газа, заключающийся в локальном введении в поток диффундирующего вещества и измерении параметра диффундирующего вещества в точке, расположенной ниже по потоку, по

20 которому судят о расходе газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, проводят непрерывное измерение парциального давления диффундирующего вещества, причем введение вещества

25 прекращают при достижении парциальным давлением своего максимального значения и вновь начинают при достижении парциальным давлением минимального значения. 2. Устройство для определения расхода

30 газа, содержащее блок ввода диффундирующего вещества с формирователем калибровочного потока, датчик измерения параметра диффундирующего вещества, расположенный ниже по потоку, и блок регистрации,

35 причем выход датчика соединен с входом блока регистрации, а первый выход формирователя - с входом блока ввода диффундирующего вещества, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит логиче40 ский блок и блок обработки и выдачи информации, причем вход логического блока соединен с выходом блока регистрации, первый выход логического блока подключен к управляющему входу формирователя ка45 либровочного потока, з второй - к первому входу блока обработки и выдачи информации, второй вход которого соединен с выходом формирователя, при этом датчик из лерения параметра диффундирующего

50 вещества выполнен в виде твердоэлектро- литной ячейки.

гФ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных технологических процессах, где требуется контроль расхода газа. Цель изобретения - повышение точности. В точке А потока вводят с помощью блока 1 ввода вещества и формирователя 5 диффундирующее вещество. Ниже по потоку в точке 8 установлен датчик2 измерения парциального давления, выполненный в виде твердоэлектролитной ячейки (ТЭЯ), выход которой через блок 3 регистрации и логический блок 4 соединен обратной связью с формирователем 5. Введенное блоком 1 в точке А количество газа размешивается и транспортируется газом- носителем до точки В, где происходит повышение парциального давления до величины + АР, где РФ - фотоновое давление газа; А Р-превышение давления в диффундирующем веществе. Причем чем больше расход газа, тем в большем количестве газа размешивается постоянно поступающее диффундирующее вещество и тем самым меньше будет величина АР. При выходе парциального давления в точке В на новое стационарное значение (°ф + АР) логический блок 4 выдает новое значение стационарного давления для прекращения формирования калиброванного потока диффундирующего вещества в формирователь 5. По величине измеренного парциального давления судят о расходе газа. Для химически чистых потоков газа возможен альтернативный вариант способа, когда из потока выводится в точке А определенное количество газа, а в точке В измеряется понижение парциального давления. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. О ю о ш XJ «д Фиг.1

фиг.З