Тепловой меточный расходомер Советский патент 1977 года по МПК G01F1/68 G01F1/704 

Изобретение относится к нриборостроению в частности к тепловым расходомерам. Известен высокочастотный неконтактный расходомер жидкостей, обладающий высоким быстродействием, в котором применен высок кочастотный нагрев, а в качестве измерительных термоприемников используются емкостные измерительные ячейки ,1.}. Однако этот прибор характеризуется низ кой чувствительностью при увеличении TOJ щины стенок, сложностью измерительной схемы и узкой областью применения, ограниченной в основном электропроводными средами и малыми расходами. Наиболее близким по технической сущности, к предлагаемому является высокочастотный расходомер, в котором нагреватель и измерительные элементы совмещены в одном блоке, выполненном в виде трех соединенных с СВЧ-генератором волноводов 23 Недостатком этого расходомера ОТНОСИ-Рся потеря работоспособности при изменении состава среды. Это объясняется тем, что при изменении состава изменяется тангенс оиалектрических потерь ig (З и связанное с ним количество энергии, иоглошоииой по-- током, а следовательно, н перепад TOKiiiej h-jpтур, фу1 киионально связаггаый с i-iacxouu-Ku Цель изобретения- Бвсде ;ие «о| :., и sfM по составу измеряемой среды. Поставленная дель достигаен.-н ler-:, что измерительный участок выполнен Б U-образной трубки с коленами разного дкс метра, причем диаметры учасч-кок , расположенных за нагревающим волниподок по ходу потока, выбраны из соотношений . /иаксf ллин OAAO(Kc25ft;/J-a °мин Тепловая метка, представляющая собой прогретый участок потока, при своем aniiжении от места создания до регистратора испытывает р$ш изменений (размыв полем скоростей н теплопроводностью), причем в показании тепловогр метопшго расходомера может внести существенную погрешность евая теплопроводность, за счет которой прогревается зона перед меткой, и регистратор, работающий по принципу фиксации изменения свойств потока, связанных с температурой, зафиксирует -приход не самой метки, а прогретой за счет теплопроводности зоны, т, е сработает раньше чем а зону регистратора будет принесена полем скоростей сама метка. Однако при метки с большой скоростью и при расположении регистратора на малом расстоянии от нагревателя эта погрешность пренебрежимо мала или отсутствует совсем. Таким образом, при сравнении двух меточных расходомеров, в одном из которых применена измерительная трубка малого диаметра, а в другом большего (в случае одинакового массового расхода и одинаковом расстоянии от места ввода метки до регистратора скорости в

них будут относиться как квадраты диамет РОБ),|расходомер с трубкой малого диаметра будет измерять скорость потока, а на показании расходомера с трубкой большего диаметра будет оказывать влияние осевая теплопроводность, функционально связанная, в свою очередь, с составом потока. Можно совместить указанные два расходомера в ош1Н путем изготовления измерительного участка трубопровода в «образной

трубки с коленами разного диаметра. U -об равная трубка применяется для того, чтобы обеспечить возможность введения тепловых мэток от одного источника энергии одновременно в оба колена,

Известно, что осевая, теплопроводность не влияет на процесс переноса тепла в по токе и, следовательно, не будет влияггь на показания тепловых меточных расходомеров при значении критерия Ре ЮО, следова тельно, в общем случае задача сводится к созданию в одном колене потока при Ре il 00 а в другом - Ре 100

Соотношение диаметров, таким образом, определяется диапазоном измерения расхода н критерием Ре

Измеряя и сравнивании времена движения меток в обоих коленах U -образной трубки, можно получить информацию как о массовом расходе, так и о составе,

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого расходомера.

.Расходомер содеджит задающи:у генера тор 1, СВЧ генератор 2, ответвитель 3 измерительный участок II -образной трубк с коленом малого 4 и большого 5 диамет ра, нагревающий волновод 6, измерительные волноводы 7 и 8 детекторныесекции 9 и 10, измерители 11 и 12. времени двю15ения меток, блок сравнения 13, приборы 14 и 15, регистрирующие 5у4ассовый расход и соо таВо

Расходомер работает следующим образом Задающий генератор 1 подает импульсы постоянной частоты на включение СВ-1 гене

ратора 2 и измерителей 11 и 12 времени двщк.ения тепловых меток. Значительная часть СВЧ.энергии проходит в нагреваюший волновод 6 через ответвитель 3 и создает в noTOKej движуи1емся в трубках 4 и 5 тепловые метки, момент прохождения которыми измерительных волноводов 7 и 8 фиксируется детекторными секциями 9 и 10 но изменению степени поглощения СВЧ-энергии потоком, функционально связанной с температурой, и одновременно подается сигнал на регистрацию времени движения меток в измерители 11 и 12. Время движения, метк в трубке 4 малого диаметра, регистрируемо измерителем 11, функционально связано только со скоростью измеряемого потока, а время тепловой метки по трубке 5 большего диаметра, регистрируемое измерителем 12, функционально зависит как от скорости, так и от состава потока. После сравнения выходных сигналов измерителей 11 и 12 в блике 13 получают информацию о составе потока, регистрируемую прибором 15, которая одновременно является корректирующей для прибора 14, измеряющего массовый расход.

Конкретно, диаметр измерительного учаска колена большего диаметра (для выбра1 - ного диапазона измерения расхода определяется из условия

Т ftAfTI t

Ре е-Т5г -:г-г-г - - 100 ,

-сэГй

«|3

MOSKC

отсюда

fMOSUC

(О

г

-макс 25tt-p-a етр измерительного участка колена го диаметра определяется из усло

/1

,, Нллии

(2}

о

МИН 2511 р-а

уравнений (1) и (2) видно, что определить также из соотношения

i, ЛЛИН 1

(3)

мин г мслкс

чгмакс

где Pe,.Pz. - соответственно критерии Пекле, Рейнольдса, Прандтля;

максимальный и минимальный измеряемые расходы;

внутренние диаметры измерительных участков колен большого и малого диаметра;

О,р - коэффициент температуропроводности и плотность измеряемой среды соответственно.

Следует учесть, что при использовании для создания тепловой метки в потоке источника СВЧ иалучения с конкретными размерами поперечного сечения волновода по конструктивным сорбражениям должно соблю даться следующее условие: DMO.UC + где b - большая сторона прямоугольника поперечного сечения волновода, в плоскости которого находятся участки создания те№ повой метки колен большого и малого диаметра;D- наружные диаметры и мерительных участков колен большого и малого диаметра. Предлагаемый быстродействующий меточный тепловой расходомер измеряет массовый расход и может применяться для иэмерения расхода сред переменного состава. Формула изобретения Тепловой меточный расходомер, содерижащий измерительный участок трубопровода помещенный в нагревающий и два измерител ных волновода, соединенных с СВЧ-генератором, отличающийся тем, что с целью введения коррекции по составу измеряемой среды, измерительный участок выполнен в виде U -образной трубки с коленами разного диаметра, причем диамет ры участков колен, расположенных за нагревающим волноводом по ходу потока, выбраны из соотношения I /иакс . ОАЛОКС 25ЯГуЭ-а dX °мич где «с кс мин внутренние диаметры измерительных участков колен большого и малого диаметра; . макс мин максимальный в мшдамальный измеряемые расходы; а - коэффициент температур ропроводности} о - плотность измеряемой среды. Источники информации, принятые во вн мание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № 190035, кл. О- 01 Р 1У68, 1965. 2.Авторское свидетельство СССР № 530182, кл. Q 01 f 1/68, 1976.