Тепловой расходомер Советский патент 1977 года по МПК G01F1/68 

1

Изобретение относится к приборострЬё. нию, в частности к тепловым неконтактным расходомерам.

Известны тепловые неконтактные расходомеры,в которых преобразователи вынолне ны на основе участка трубопровода, на наруяшой поверхности которого расположены источник тепловой энергии и термоприем- НИКИ .13

, Зти расходомеры имеют низкое быстро действие, обусловленное инерщш шостью процессов нестационарной теплопроводности и конвективного теппообмена между стенкой трубы и потоком.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является расходоме в котором для повышения быстродействия применены основная и дополнительная (ско ростная) дифференциальные термопары. Дополнительная термопара состоит из тер- мопар различной 1терциоиности, включенных дифференциально и расположенных на одина ковом расстоянии от кагревателя. Различие в инерционности термопар обеспечивается тем, что они выполнены из термоэлектродов

2

различ11ых диаметров (0,2 и 0,5 мм) и,

кроме того, спаи термопар из термоэлектро- дов диаметром 0,5 мм дополнительно теплоизолированы. Повышение быстродействия расходомера достигается суммированием сигнала от основной термопары, пропорционального расходу, с сигналом от дополнительной термопарЫ; пропорциональным первой пронэводпой от расхода 2.

Однако изготовление термоприемников различной инерционности выполнения их термоэлектродов различных диаметров или применения различной теплоизол5щии спаев приводит к увеличению статической погрешности расходомера, поскольку в этом случае имеет место различная степень теплоотвода по термоэлектродам от спаев те{ мопар

Кроме того. Недостатком известного расходомера является громоздкость конструкций термонриемников и сложнбсть монтажа термоприемников большой инерционности на наружной поверхности трубы расходомера (особенно для расходомеров малых диамет |ров), а такие сложность расчета и изготпя лениятермоприемников с заранее заданным и существенно различными ноказателями те ловой инерции. Цель изобретения - повышение точности, надежности, расширение диапазона измерени и упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем, что дополнительные дифференш альные термоприе ники выполнены в виде термоприемников одинаковой инерционности, установленных на расстояниях У и Y2 . от начала источника тепловой энергии по ходу потока, определяемых по формуле 0,Oa3-T e-Pr -R - f2n I t ллл . . 1 .-rT,, yO-T/ -d Известно, что в тепловых расходомерах пограничного слоя, имеющих малые длины участков нагрева, локальный коэффициент теплообмена сС к елоду стенкой трубы и движущимся потоком уменьшается по мере удаления от участка нагрева (по ходу потока) и может быть определен по формуле -.о,. () Д -.- / где d - внутренний диаметр трубы; Я - коэффициент теплопроводности измеряемой среды; X - расстояние от начала участка нагрева (по ходу потока); Ug Pt - соответственно критерии Рейнольдс и Прандтля, В свою очередь, показатель термическо инерции термоприемника ( ) зависит от коэффициента теплообмена e «) гдеСр теплоемкость материала термопри ника; р плотность материала термоприем- ника; Р - площадь поперечного сечения тер моприемника; П -. периметр поперечного сечения тер моприемнйка. Подставляя выражение (2) в выражение (1), получают формулу для определения ме та установки дополнительных термоприемни ков ( Xj „ ), обладающих paзли шыми за даннымипоказателями термической инерци /.й Ь 0,083- -Re Рк Таким ьбразом, если установить щентичные, включенные дифференциально, терм приемники на различных заранее рассчитан расстояниях от нагревателя по ходу потока (например, X, и. Xg ), то 1фи изменении асхода можно повысить быстродействие фибора. Использование в предлагаемом расхоомере идентичных термоприемников с одинаовой 1шерционностью упростит технологию го изготовления, конструкцгао, повысит наежность и расширит диапазон измерения. роме того, применение термоэлектродов дного диаметра позволит уменьшить погрешость измерения от различной степени теплоотвода от спаев термопар по термоэлектро- ам и, следовательно, повысить точность измерения. Эффект повышения быстродействия предлагаемого расходомера может быть заранее рассчитан без проведения дополнительяных экспериментальных исследований по определению показателей термической инерции ( С ) термоприемников, что особенно важно при градуировке прибора в рабочих условиях. На чертеже приведена конструкция расходомера. Расходомер состоит из металлического патрубка 1 с фланцами 2, источника тепловой энергии 3, дифференциальной измерительНой термобатареи 4, вспомогательной (скоростной) дифференциальной термобатареи, состоящей из идентичных термопар одинаксрвой инерционности, спаи 5 и 6 которой размещены на различных расстояниях ( Х ) от центра источника тепловой энергии, делителя напряжения R и регистрирующего прибора 7, Прибор работает, следующим образом. Изменение .расхода -потокаj протекающего в патрубке 1, вызывает появление разности ЭДСдЕ , пропорциональной расходу на измерительной термобатареи 4, которая суммируется с сигналом (. г )от вспомога 2тельной дифференциальной термопары 6, 5, пропорциональным первой производной от расхода. Таким образом, на вход регистрирующего прибора 7 поступает сигнал а(дЕа) dt Заданные величины воздействия , и Л Е, попучаю.тсяварьированием количес-рва спаев термопар 5 и 6 и делителем напряжения Т Предлагаемый расходомер может применяться для измерения расходов быстропеременных потоков, более прост по конструкции, надежен в эксплуатации и обладает повышенной точностью, более широким диапазоном измерения и возможностью строгого расчета эффекта повышения быстродействия. Формула изобретения Тепловой расходомер, содержащий источник тепловой энергии, измерительные терм1 приемники, соединенные с двумя дополнитель ными дифференциальными термоприемниками, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, надежности, расширения диапазона измерения и упрощения конструкции, дополнительные дифференциальные те{ моприемники выполнены в виде термоприек ников одинаковой инерционности, установленных на {шсстояниях X, и Х от начала источника тепловой энергии по ходу потока, определяемых по формуле V «j.uDkJ-tte-Kr Л t-js л. 4,2 p-. Cj - заданные показатели термической инерции дополнительных термоприемников;d - внутренний диаметр трубы расходомера;А - коэффициент теплопроводности измеряемой cpeдыi ,Ти- соответственно критерии Peftнольдса и Прандтля; Ср - теплоемкость материала терм1 « приемника; р - плотность материала термоприемника;Г.П - соответственно площадь и периметр поперечного сечения термоприемника. сточники информации, принятые во при экспертизе: .Короткое П. А. и др. Тепловые раомеры . Машгиз, 1969. .Коротков П. А., Лондон Г. Е, Дин кеские контактные измерения тепловых ичин. Машгиз, 1974, с. 127-128,