Устройство для измерения расхода текучих сред Советский патент 1993 года по МПК G01F1/68 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения расходов газов и жидкостей с изменяющейся входной температурой потока.

Известно устройство для измерения расхода текучих сред, содержащее прямо- ли ейный измерительный трубопровод, на внешней поверхности которого расположен нагревательный элемент. По обеим сторона нагревательного элемента на одной оси расположены термочувствительные эле- меЕрты, выполненные в виде двух обмоток, охватывающих измерительный трубопровод. Величину расхода определяют по раз- нофти температур в измерительном трубопроводе, возникающей при движении текущей среды внутри измерительного трубопровода.

Недостатки известного устройства за- клю;чаются в том, что разность температур в измерительном трубопроводе зависит не только от расхода текучей среды, но и от ее темЬературы, а также от температуры окру- жакЬщей среды (воздуха), от изменения мощности нагревателя, которая зависит от

изменения напряжения в сети. Кроме того, зависимость между разностью температур и расходом текучей среды носит ярко выраженный нелинейный характер, что снижает метрологические параметры устройства. Размещение нагревательного и измерительных элементов непосредственно на из- мерительном трубопроводе требует обязательного демонтажа всего устройства в случае выхода из строя одного-и элемен- тов. Кроме того, известное устройство требует индивидуальной градуировки каждого элемента.

Известно также устройство для измерения расхода текучих сред, содержащее симметричное теплопроводящее тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на расстоянии от оси выполнено несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы, соединенные с измерительной схемой. Проточные полости имеют одинаковый диаметр, одинаковую длину и, следовательно, одинаковый объем, Термочувствительные элементы также имесо

с

VI о ел ю о о

ют одинаковые размеры и поэтому между ними и стенками проточных полостей образуются проточные каналы одинакового сечения, что обусловливает одинаковую скорость протекания измеряемой текучей среды по этим каналам. Поэтому время пребывания текучей среды в каждой проточной полости будет одинаковым, что приводит к одинаковому и незначительному приращению температуры нагрева среды в каждой полости и, следовательно, к снижению чувствительности устройства при повышении расхода текучей среды. Ограничение по ди- апазону измерений сопровождается резко нелинейной характеристикой зависимости выходного сигнала известного устройства от расхода текучей среды, что, в свою очередь, снижает его метрологические параметры.

Задачей изобретения является линеа- ризация выходной характеристики устройства за счет увеличения времени пребывания текучей среды в проточных полостях.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для измерения расхода текучих сред, содержащем симметричное теплопроводное тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на расстоянии от оси выполнено несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы, соединенные с измерительной схемой, согласно изобретению объем каждой последующей полости увеличен по от- ношению к предыдущей на одинаковую

величину.

Линеаризация выходной характеристики устройства достигается за счет повышения чувствительности в верхнем пределе измерений посредством увеличения времени пребывания текучей .среды в проточных полостях и увеличения в связи с этим разности между входной и выходной температурами измеряемой жидкости.

На фиг. 1 показан общий вид датчика устройства в аксонометрии; на фиг. 2 - элементарная электрическая схема прибора для измерения температурного градиента в измеряемой среде.

Устройство для измерения расхода текучих сред содержит симметричное тепло- лроводящее тело, играющее, роль измерительного теплопровода и представ- ляющее собой монолитный корпус 1, имею- щий форму параллелепипеда, внутри которого параллельно его центральной оси и на некотором расстоянии от нее выполнены четыре последовательно соединенные между собой цилиндрические проточные

5 10 15

20

25 30 35

40 45

50

55

полости 2, 3, 4 и 5. При этом объем каждой последующей по ходу потока жидкости проточной полости 3, 4 и 5 увеличен по сравнению с объемом предыдущей на одинаковую величину. Например, если проточная полость 2 имеет объем, составляющий 10 см3. то последующая полость 3 имеет объем 15 см , полость 4 имеет объем на 5см больше, т.е. 20 см3, а полость 5-25 см3, т.е. на 5 см больше, чем предыдущая полость 4. В каждой проточной полости 2, 3, 4 и 5 установлены с зазором к стенкам этих полостей стандартные съемные термочувствительные элементы б, закрепленные на корпусе 1 с помощью резьбовых соединений (не показаны). Термочувствительные элементы 6 являются термосопротивлениями. Полость 2 снабжена входным патрубком 7, а полость 5 - выходным патрубком 8 для подвода и отвода измеряемой текучей среды. Вдоль центральной оси корпуса 1 в отверстии 9 установлен нагревательный элемент 10, в качестве которого может быть использован электронагревательный элемент стандартного типа. Термочувствительные элементы 6 имеют электрические сопротивления RI, R2, Нз, R4 и включены в измерительную схему четырехкатушечного логометра, содержащего четыре измерительные обмотки WL

W2, W3, W4 (СМ. фИГ. 2).

Логометрическая измерительная схема запитана от постоянного источника питания, а нагреватель 10 может питаться от латора переменным током.

Перед началом измерений расхода текучей среды производится прогрев корпуса 1 путем включения его нагревателя 10 в сеть при заполненных проточных полостях 2, 3, 4 и 5 измеряемой текучей средой. В ходе прогрева измерительного теплопровода - корпуса 1 температура в нем стабилизируется, т.е. распределяется равномерно и симметрично относительно нагревателя 10 и измерительных термочувствительных элементов 6. При этом по мере стабилизации температурного поля в корпусе 1 стабилизируются температура и в жидкости, находящейся в проточных полостях 2, 3, 4 и 5. Окончание прогрева датчика в целом будет характеризоваться равенством электрических сопротивлений термочувствительных элементов 6. При этом вектор суммарного теплового поля по отношению к тепловому полю корпуса 1 не имеет определенной направленности, что приводит к равенству токов, протекающих через катушки логометра Wi, Л/2, Л/з, Л/4. Формирующее магнитное поле в логометре при этом отсутствует, т.е. вектор магнитного потока равен нулю и, следовательно, стрелка логометра

будет находиться в левой нулевой части шкалы, около постоянного магнита.

Работа прибора происходит следующим образом.

Измеряемая среда поступает в патрубок 7 и вытекает через патрубок 8. При движении текучей среды вдоль последовательно соединенных проточных полостей 2, И, 4 и 5 происходит ее нагрев. Ввиду того, что объем каждой последующей по ходу Движения потока среды проточной полости 3, 4 и 5 увеличен, время пребывания частиц Среды в каждой последующей полости уве- л ичивается, что приводит к разной степени Нагревания среды. В полости 2, имеющей наименьший объем, происходит наиболее б;ыстрое изменение температуры среды, Протекающей в этой полости, в сторону ее уменьшения. Этим объясняется резкое по- в;ышение чувствительности прибора..в.-на- Цальной области диапазона измерений расхода текучей среды. В полости 5, имеющей максимальный рабочий объем, измене- н|ие температуры протекающей через нее тЬкучей среды происходит .при значитель- н|ых расходах среды по сравнению с температурой в полости 2. Таким образом, Главное нарастание объемов проточных подсетей значительно расширяет диапазон Измерения расходов, что в свою очередь линеаризует градуировочную характери- с;тику расходомера. Резкая разница в степе- йи нагрева среды в проточных полостях 3,4, и 5 создает значительный градиент температуры, который фиксируется измерительной схемой, в состав которой входят измерительные элементы 6. Перераспределение токов в элементах 6 формирует в логометре

соответствующее магнитное поле, угол поворота которого однозначно связан с углом поворота теплового поля в измерительном теплопроводе и,соответственно,теплового поля в проточных полостях 2, 3, 4 и 5.

При изменении температурного поля в корпусе 1 по причине изменения температуры входного потока измеряемой сдеды или от изменения внешней температуры, т.е.

температуры окружающего воздуха, изменяется и модуль температурного поля и в проточных полостях 2, 3, 4 и 5, однако при этом угол поворота этого поля остается неизменным, а следовательно, изменение выше перечисленных параметров не сказывается на точности измерения расхода в целом. Изменение напряжения, питающего измерительную схему, не приводит к изменениям показаний логометра, так как

при этом изменяются токи в катушках лого- метра, но угол поворота магнитного поля от этого не меняется. Благодаря высокой разности между входной и выходной температурами измеряемой среды предложенное

устройство имеет высокую чувствительность в более широком диапазоне измерений, что позволяет линеаризировать его выходную характеристику и, следовательно, повысить его метрологические параметры.

Использование: измерение расхода среды с переменной температурой. Сущность изобретения: в симметричном тепло- проводящем теле выполнены проточные полости, в которых размещены термочувствительные элементы, соединенные в измерительную схему. Объем каждой последующей полости (в направлении потока среды) увеличен по отношению к предыдущей на одинаковую величину для линеаризации выходной характеристики. 2 ил,

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я

Устройство для измерения расхода те- кучих Сред, содержащее симметричное теп- л|опроводящее тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на расстоянии от с|си выполнены несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы, соединенные с измерительной схемой, отличающееся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики устройства; объем каждой последующей полости увеличен по отношению к предыдущей на одинаковую величину.