Измеритель малого расхода газа Советский патент 1992 года по МПК G01F1/00 

1

(21)4813356/10 (22) 11.04.90 (46)23.10.92. Бюл. №39

(71)Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения

(72)В.А.Сабанин

(56)Патент Франции № 2029143, кл. G01 F3/00, 1970.

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛОГО РАСХОДА ГАЗА

(57)Использование: для измерения утечки газов из различных уплотнительных соединений аппаратов и трубопроводов высокого давления. Сущность изобретения: измеритель малого расхода газа содержит герметичный корпус с жидкостью, входной и выходной патрубки для газа, образователь меток, чувствительный элемент и вычислительное устройство. Новым в измерителе является то, что жидкость имеет электропроводность, образователь меток выполнен в виде капиллярной трубки, один конец которой подсоединен к входному патрубку, другой помещен в жидкость и расположен под чувствительным элементом, который выполнен в виде точечного измерительного электрода, снабженного формирователем импульсов, соединенного с вычислительным устройством. Кроме того, в корпус помещена сифонная трубка, один конец которой погружен в жидкость и расположен ниже конца чувствительного элемента, а другой конец трубки выведен из корпуса, загнут вниз и расположен выше уровня жидкости, при этом сифонная трубка и выходной патрубок для газа снабжены запорными вентилями. 1 ил.

со

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения утечки газа из различных уплотнительных соединений аппаратов и трубопроводов высокого давления, в газовых хроматографах, для контроля герметичности различных химических аппаратов и в других отраслях промышленности.

Известны расходомеры, нижний предел измерения которых начинается не более чем с 0,2 мл/мин.

Известен расходомер, в котором измеряемый газ подается через трубку, внутри которой аксиально расположен электрод, трубка и электрод погружены в электропроводную жидкость. Га.з, проходя по трубке и выходя в виде пузырьков, периодически

размыкает электрическую цепь, в которую входит электрод и счетчик.

Известные расходомеры не позволяют измерить расход в диапазоне 0,0001-0,2000 см3/с с достаточной точностью

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе малого расхода газа, содержащем корпус с электропроводной жидкостью, трубку для подачи газа, измерительный и опорный электроды и вычислительное устройство. Измерительный электрод выполнен в виде точечного электрода, а трубка для подачи газа выполнена в виде тонкого капилляра длиной не менее 400 ее внутренних диаметров, при этом выходной конец трубки расположен под измеXJ J

О

VJ

СЛ Ю

рительным электродом на расстоянии 20-40 ее внутренних диаметров.

На чертеже схематично показан общий вид измерителя в разрезе и корпус, заполненный электропроводной жидкостью до рабочего уровня.

Измеритель малого расхода газа имеет герметичный корпус 1, стенки которого выполнены прозрачными, например, из органического стекла, а крышка 2 и днище 3-из электропроводного материала. В рабочую полость корпуса 1 помещен чувствительный элемент, закрепленный в крышке2 и выполненный в виде точечного измерительного электрода 4, который изолирован от крышки 2 корпуса 1 стеклянной оболочкой 5. Корпус снабжен входным патрубком 6 для ввода газа, подключенным к источнику измеряемого расхода (на чертеже не показан). В патрубок 6 вмонтирована капиллярная трубка 7 длиной не менее 400 внутренних диаметров капилляра. Конец трубки 7 загнут кверху и расположен под электродом 4 на одной вертикальной оси с ним на расстоянии 20-40 ее внутри диаметров.

Внутрь корпуса 1 залита электропроводная жидкость 8, рабочий.уровень которой расположен выше точечного электрода 4. На крышке 2 корпуса 1 установлен патрубок 9 для выхода газа и металлическая си- фонная трубка 10, один конец которой 11 размещен внутри корпуса 1 ниже рабочего конца электрода 4, а другой ее конец 12 выведен наружу, загнут вниз и расположен выше рабочего уровня жидкости 8. Патрубок 9 и сифонная трубка 10 снабжены запорными вентилями 13 и 14. Выходной конец 15 электрода 4 соединен проводником 16 с формирователем импульсов 17, который в свою очередь соединен с вычислительным устройством 18. Крышка 2 электрически соединена с формирователем импульсов 17 проводником 19. Так как между электропроводной жидкостью 8, металлической сифонной трубкой 10 и крышкой 2 имеется электрическая связь, то металлическая сифонная трубка 10 используется в качестве опорного электрода, заземляющего жидкость 8. Газовые пузырьки 20 выходят из к пиллярной трубки 7 и патрубка 9.

Газ поступает из источника расхода в капиллярную трубку 7 через входной патрубок 6. Благодаря малому диаметру капиллярной трубки 7 и наличию столба жидкости 8, одиночные пузырьки 20 выходят из труб- ки 6 с определенными интервалами времени, то есть с определенной частотой. Всплывая в жидкости 8, газовые пузырьки 20 накалываются на рабочий конец электрода 4. В момент, когда конец электрода 4

попадает внутрь пузырька, то электрическая цепь, состоящая из опорного электрода (сифонной трубки 10), жидкости 8 и измерительного электрода 4 размыкается и формирователь импульсов 17 выдает на выходе сигналы в виде импульсов напряжения, которые обрабатываются в вычислительном устройстве 18. Число получаемых импульсов соответствует числу формируемых капиллярной трубкой 7 газовых пузырьков 20. Обьем пузырьков зависит от геометрических размеров капиллярного канала 7 в трубке 6, свойств жидкости 8 и от частоты выхода пузырьков газа 20.

При заданных геометрических размерах капилляра 7 (длина I, внутренний диаметр dk 0,2 мм, соотношение I : dk 400 и свойствах жидкости 8 и при получении оди - ночных пузырей 20 их объем имеет минимальный размер и увеличивается по линейному закону с увеличением частоты образования пузырей.

Расход газа определяется по зависимости

Q V0 f + К Г,

(1)

где Vj - объем пузырька при измеряемой частоте, мм3;

К - коэффициент,

f - частота образования пузырей, с ,

Vo - минимальный объем одиночного пузыря, мм3.

Градуировка и оперативная поверка измерителя осуществляется следующим образом.

Вентиль 13 выходного патрубка 9 закрывается, измеряемый газ скапливается над уровнем жидкости 8 и через сифон 10 выдавливается жидкость 8. Через 10-15 секунд после установления переходного процесса одновременно за некоторое время подсчитывают число пузырьков газа 20 и массу капель жидкости 8, вытесненной из корпуса 1 измерителя. Для подсчета массы жидкости 8 ее собирают в емкость и взвешивают на аналитических весах. По массе и плотности жидкости 8 рассчитывают объем газа и его расход.

Для перехода от режима градуировки к режиму измерения, вентиль 13 открывают и жидкость перестает выдавливаться из сифона 10, а вытесненную при градуировке жидкости возвращают обратно.

На общую погрешность измерений оказывают влияние температура, атмосферное давление, силы поверхностного натяжения и вязкость жидкости.

Погрешность от влияния температуры незначительна, т.к. при малом расходе газа (0,0001-0,2000 см3/с и при диаметре пузырь- 0,5-2,0 мм температура газа принимает

температуру жидкости и составляет пои колебании температуры жидкости ± 5°С не бо лее 0,5%.

Погрешность от атмосферного давления не превышает погрешности барометра. Погрешность от влияния сил поверхностного натяжения и вязкости при наличии стандартного водного раствора соли 1 грамм на литр не превышает 0,7%.

Все перечисленные погрешности учитываются в параметрах V0 и К формулы (1) при оперативной поверке.

Нестабильность частоты образования пузырей при градуировке не превышает 1,5%, что приводит к погрешности измерения расхода не более 2%.

Преимущества предлагаемого измерителя расхода газа: нижний предел измерения не более 0,0001 см /с; верхний предел

измерения не менее 0,2000 см /с; измеритель может быть использован в промышленных и лабораторных условиях; простота в эксплуатации и поверки.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Измеритель малого расхода газа, содержащий корпус с электропроводной жидкостью, трубку для подачи газа, измерительный и опорный электроды и вы0 числительное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измерительный электрод выполнен в виде точечного электрода, а трубка для подачи газа выполнена в виде тонкого

5 капилляра, длиной не менее 400 ее внутренних диаметров, при этом выходной конец трубки расположен под измерительным электродом на расстоянии 20-40 ее внутренних диаметров.

16