Меточный тепловой расходомер Советский патент 1993 года по МПК G01F1/704 

Изобретение относится к устройствам для измерения расходов, в частности к тепловым меточным расходомерам для измерения среднего расхода пульсирующего потока.

На фиг.1 приведена графическая иллюстрация изменения погрешности измерения среднего расхода пульсирующего потока жидкости меточным расходомером при различных величинах Тп и т.и; на фиг.2 - блок-схема прибора.

На фиг.1а приведен график изменения расхода жидкости во времени t при его генерировании пульсирующим агрегатом (на- пример, плунжерным насосом) с постоянным средним значением расхода Gcp, а на фиг. 16 - фиксируемые положения рабочего органа насоса в одном из его предельных положений (например,, соответствующих максимальному расходу Смаке пульсирующего потока). Допустим, тепловые метки в меточном расходомере подаются с периодом Тм, не кратным периоду пульсации потока Тп (например, ,5 Тп),

т.е. метка 1 подается в момент, соответствующий Смаке, а метка 2 - в момент, соответствующему GMHH (фиг.1в), Контрольный участок меточного расходомера выбран таким образом, что метка переносится потоком от зоны ее генерации до зоны регистрации за время 3,5 , причем . Следует отметить/что время переноса тепловой метки пульсирующим потоком по контрольному участку соответствовало бы среднему расходу Gcp только в том случае, если бы оно было кратно Тп (например, , фиг.1 в). Поскольку величина Gcp, как было отмечено выше, может меняться произвольно, то и вероятность т.. где п - целое число, мала..Как показано на рис.1,в, AI и Т. А2, причем время Д являющееся частью времени переноса метки по контрольному участку 1И, и вызывает появление дополнительной погрешности изменения среднего расхода пульсирующего потока GCp. При переносе метки 1 величина A Ai будет меньше величины Д Да при переносе метки 2 (фиг.1,в), так как Д|

соответствует расходу, осредненному в диапазоне от Смаке до GI, а Да соответствует расходу, осредненному в диапазоне от Смаке до GI, а Да соответствует расходу, осредненному в диапазоне от Смин До Ga (фиг.1,а).

Таким образом, при подаче тепловых меток с периодом Тм, не кратным периоду пульсаций потока Тп (например, как на фиг.1 ,в, Тм-4,5 Тп), одному и тому же осредненному расходу пульсирующего потока ССр будет соответствовать различное время переноса тепловой метки т.и, т.е. появляется дополнительная погрешность известного теплового меточного расходомера, вызванная именно пульсацией расхода. Конкретно для рассматриваемого примера время tMi будет меньше tcp, соответствующего среднему расходу Сер, вследствие того, что AI соответствует расходу, большему чем Сер (в диапазоне от Смаке до Gi), а времяЧиа будет больше tcp, так как Да соответствует расходу, меньшему чем Сер (в диапазоне от Смин до G2) - фиг.1,г.

Цель изобретения - повышение точности теплового меточного расходомера при измерении среднего расхода пульсирующего потока.

Указанная цель достигается тем, что меточный тепловой расходомер, содержащий последовательно установленные на измерительном участке трубопровода источник тепловых мето к, связанный с блоком управления, и первый и второй регистраторы меток, выходы которых через последовательно соединенные блок измерения температуры, интегратор и измеритель, второй вход которого связан со вторым выходом блока изме: рения температуры, соединены с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования опорного сигнала, а выход - с измерительным прибором, а также блок отсчета време ни, выходы которого соединены соответственно с выходом блока управления и третьим выходом блока измерения температуры, снабжен блоком синхронизации, корректирующим блоком и датчиком пульсации, причем первый вход блока синхронизации соединен со вторым выходом блока измерения температуры, его выход соединен с входом блока управления, вход корректирующего блока соединен с выходом блока отсчета времени, а его выходы соединены соответственно с входом блока формирования опорного сигнала и вторым входом измерительного прибора, при этом вторые входы блока синхронизации и корректирующего блока соединены с датчиком пульсаций.

Применение блока синхронизации обеспечивает подачу тепловых меток в моменты, соответствующие одному и тому же положению рабочего органа пульсирующего агрегата. Например, как показано на фиг.1,д, метки подаются в моменты предельного положения рабочего органа, соответствующие максимальному значению расхода Смаке пульсирующего потока с периодом , в результате чего, как следует из .приведенных выше рассуждений, дополнительная погрешность Л хотя и не

исключается, но имеет постоянное значение. Показания меточного теплового расходомера (время переноса тепловой метки 1и по контрольному участку) будут соответствовать величине расхода, несколько превытающей ССр, так как tM tcp. Следует отметить, что величина указанной систематической погрешности А будет постоянной только при данном значении Сер. При изменении Сер могут произвольно изменяться

как величина Л, так и ее знак.

Для вычисления величины дополнительной погрешности и определения истинного времени переноса метки, соответствующе1 го среднему расходу пульсирующего потока известным меточным расходомером, в его измерительную схему введен также корректирующий блок. Расходомер содержит блок 1 управления источником тепловых меток/источник 2 тепловых меток, регистраторы меток 3 и 4, блок измерения температуры метки 5, интегратор б, блок 7 отсчета времени переноса тепловой метки, функциональный блок 8, сумматор 9, блок 10 измерения интеграла разности температур, из мерительный прибор 11, патрубок трубопровода 12, а также блок синхронизации подачи тепловых меток 13 и корректирующий блок 14 (см.фиг.2). Расходомер работает следующим образом.

Включение его в работу осуществляется подачей первой тепловой метки непоср ед- ственно по.сигналу от датчика пульсации ДП (например, предельного) рабочего органа

пульсирующего агрегата на вход блока 1 управления источником тепловых меток, который включает источник 2 тепловых меток подачей проямоугольного импульса и запускает блок 7 отсчета времени переноса тепловой метки по контрольному участку. Отключается блок отсчета времени сигналом с блока 5 измерения температуры метки, осуществляющем алгебраическое суммирование, усиление сигналов, поступающих от регистраторов метки 3 и 4, а также формирование командных импульсов на останов блока 7 при достижении меткой регистратора 3 и окончание процесса измерения. .

Выходной сигнал с блока 5 непрерывно интегрируется интегратором б и измеряется измерительным блоком 10. В момент, когда разность сигналов с регистраторов 3 и 4 равна нулю, по команде с блока 5 выходной сигнал измерителя 10 (интегральная температура метки), являющийся функцией расхода и состава жидкости, сравнивается в сумматоре 9 с опорным сигналом, который вырабатывается блоком формирования опорного сигнала 8. Величина опорного сигнала равна интегральной разности температур в зоне регистраторов при постоянном Начальном составе среды для скорректированного в блоке 14 значения времени переноса тепловой метки, соответствующего среднему расходу пульсирующего потока.

Выходной сигнал блока 7 отсчета времени переноса метки поступает на.первый .вход корректирующего блока 14, на второй вход которого поступают сигналы от датчика пульсации рабочего органа (ДП) пульсирующего агрегата. Корректирующий блок, производя операции, приведенные ниже, определяет истинное время переноса тепловой метки, соответствующее среднему расходу пульсирующего потока, и со своего выхода передает преобразованный в аналоговую форму сигнал на вход блока 8 для формирования опорного сигнала и на вход прибора 11, измеряющего массовый расход пульсирующего потока жидкости. Корректирующий блок выполняет следующие операции:

1) определяет соотношение т /о.

I п/..

2) представляет его в виде + б,

I П/Ј

где п - целое число; б - дробная часть, которая обусловливает погрешность измерения среднего расхода пульсирующего потока;

3) определяет п - четное или нечетное - и д 0,5 или д 0,5;

4) вычисляет относительную погрешность измерения времени переноса метки при контроле среднего расхода пульсирующего расхода известным расходомером в соответствии с выражениями: при д 0,5

ат„ д TOFTS

(D

при ,5

п()(5. 2 tuгГТ5

(2)

5) вычисляет истинное время переноса тепловой метки tuu, соответствующее среднему расходу пульсирующего потока Сер по формулам

(1+ 17) если п - четное;

tuu()iu

(3)

(4)

если п - нечетное.

Работу корректирующего блока поясним на примере, представленном на фиг.1,а 15 и 1,д. На основе информации от датчика пульсаций пульсирующего потока и блока отсчета времени переноса метки определяется соотношение т 5.

I П

20В соответствии с фиг.1,а и 1,д

6,4, in/-:

25Где д 0,4.

Так как - четное и ,,5 по формулам (1) определяем

,063.

Далее вычисляется истинное время переноса тепловой метки, соответствующее среднему.расходу пульсирующего потока в 35 соответствии с формулой (2), так как п - четное:

40

45

.063)063tu .

Разность величины опорного сигнала, определенного в блоке 8 и измеренного в блоке 10, .получаемая на выходе сумматора 9, функционально связана с составом измеряемой среды. Совокупность истинного времени переноса метки и состава измеряемой среды позволяет получить средний массовый расход пульсирующего потока.

Подача второй и последующей меток осуществляется формированием импульса с

50 выхода блока синхронизации 13, представляющего собой логический элемент И, на первый вход которого поступает импульс от блока 5 в момент, когда разность сигналов с регистраторов 3 и 4 равна нулю, свиде5$ тельствующего об окончании процесса измерения, а на второй вход - импульс с датчика пульсаЦИи.Только при наличии импульсов на обоих входах блока синхронизации на его выходе сформируется сигнал

блоку 1 управления на подачу следующей тепловой метки. Таким образом, метки будут подаваться в моменты, строго синхронизированные с положением рабочего органа пульсирующего агрегата, что обеспечит в совокупности с введением в измерительную схему известного расходомера корректирующего блока 14 более точное измерение среднего значения объемного и массового расходов пульсирующего потока жидкости. Проведенные экспериментальные исследования макета расходомера на пульсирующих потоках воды и водных растворах глицерина, генерированных перестатическим насосом, показали, что в диапазоне изменения их средних расходов от 5 до 40 л/ч (по воде) приведенная относительная погрешность измерения среднего объемного расхода не превышает ±2%, и массового среднего расхода - 2,4%. Для сравнения: при испытаниях прототипа величины указанных погрешностей достигали 23%. Формула из обретения Меточный тепловой расходомер, содержащий последовательно установленные на измерительном участке трубопровода источник тепловых меток, связанный с блоком управления, и первый и второй регистраторы меток, выходы которых через последовательно соединенные блок измерения температуры, интегратор и измеритель, второй вход которого связан с вторым выходом блока измерения температуры, соединены с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования опорного сигнала, а выход - с измерительным прибором, а также блок отсчета времени, входы которого соединены соответственно с выходом лока управления и третьим выходом блока измерения температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расхода пульсирующего потока, он снабжен блоком синхронизации, корректирующим блоком и датчиком пульсации, причем первый вход блока синхронизации соединен с вторым выходом блока измерения температуры, его выход соединен с входом блока управления, вход корректирующего блока соединен с выходом блока отсчета времени, а его выходы соединены соответственно с входом блока формирования опорного сигнала и вторым входом измерительного прибора, при этом вторые входы блока синхронизации и корректирующего блока соединены с датчиком пульсации.

Фи.. 2

Использование: измерение среднего расхода пульсирующего потока меточным тепловым расходомером. Сущность изобретения: расходомер содержит источник теп- ловых меток, два регистратора меток, блок измерения температуры, интегратор, блок отсчета времени, блок формирования опорного сигнала, сумматор, блок измерения, измерительный прибор, блок синхронизации, корректирующий блок, датчик пульсаций. 5- 6-10-9-11: 5-7-8-9; 5-13-1-2; 1-7; 7-14-8. 2 ил.