Массовый расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01P5/08 G01F1/78 

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения массового расхода диэлектрических материалов и веще:ств, транспортируемых с постоянной скоростью. По основному авт. св. № 684450 известен массовый расходомер, использующийся в ряде отраслей промышленности для контроля процессов, связанных с транспортировкой диэлектрических материалов. Этот массовый расходомер содержит кольцевьте электроды, закрепленные на поверхности диэлектрического трубопровода, включенные на вход измерителя емкости и выполненные с шириной и зазором между ними, равными диаметру трубопровода 1. Известный расходомер имеет недостаточную точность измерения за. счет того, что выходной сигнал расходомера зависит от изменения температуры двухфазного потока. Это обусловлено тем, что изменение температуры двухфазного потока и окружающей среды приводит к изменению линейных размеров и диэлектрической проницаемости фторопластового трубопровода, на котором закреплены кольцевые электроды. Это приводит к уменьшению начальной емкости при нагреве и ее увеличению при понижении температуры. Изменение расстояния между кольцевыми электродами имеет значительную величину, так как коэффициенты линейного расширения фторопластового трубопровода и металлов, применяемых для изготовления электродов, отличаются между собой на порядок. Изменения емкости при изменении температуры в щироком диапазоне, например 20-150°С (что происходит при транспортировке угольной пыли горячим воздухом, температура которого меняется в таких пределах), достигает значений полезного сигнала, что не позволяет использовать расходомер для измерений в высокотемпературных двухфазных потоках. Цель изобретения - повышение точности измерения высокотемпературных потоков. Это достигается тем, что каждый электрод выполнен из двух отдельных колец, соединенных внахлест. На фиг. 1 показана принципиальная схема массового расходомера; на фиг. 2 - экспериментальная зависимость изменения емкости преобразователя по сечению трубопровода в зависимости от ширины зазора между кольцевыми электродами и ширины электродов; на фиг. 3 - градуировочные расходные характеристики расходомера в зависимости от величины зазора между электродами. Расходомер содержит кольцевые электроды 1 и 2 с шириной и зазором между ними, равными диаметру трубопровода 3. Каждый из кольцевых электродов выполнен из двух отдельных разрезных колец 4 и 5, соединенных внахлест. Электроды закреплены на поверхности диэлектрического трубопровода 3, заключены в электростатический экран 6 и включены на вход измерителя емкости, содержащего мостовую измерительную схему V, запитанную от генератора 8. Выход мостовой схемы 7 через избирательный усилитель 9, амплитудный детектор 10, нормирующий усилитель 11 включен на вход регистрирующего устройства 12. Расходомер работает следующим образом. При движении частиц (вещества) с постоянной скоростью, что наблюдается при применении оборудования, создающего постоянный расход транспортирующей фазы, например воздуха, измеиение массового расхода Q() происходит согласно выражениюQ(t) (t)dt, где . V - скорость потока, °; УИ() -масса частиц в рабочем объеме преобразователя (плотность потока). Изменение емкости между электродами 1 и 2 в течение времени описывается еледующим выражением: dC dM dt dt где к - коэффициент фувствительности в любой плоскости, параллельной оси трубопровода; 8 - диэлектрическая проницаемость транспортируемых частиц вещества). При подаче напряжения на электроды 1 и 2 и компенсации начальной емкости элементами мостовой схемы 7 в рабочем объеме трубопровода 3 создается электрическое поле, коэффициент чувствительности а для которого имеет постоянную величину в любой плоскости, параллельной оси трубопровода. При пересечении частицами электрического поля между электродами 1 и 2 изменение емкости происходит пропорционально массе частиц (вещества), находящегося в рабочем объеме преобразователя. Испытаниям на экспериментальной установке подвергались массовые расходомеры с кольцевыми электродами, имеющие следующие отнощения: 1) 1) 5 /;/ 0,5uf; 2) 5 rf; 1 l.Saf; ,Ы; l d- А:} S-d- l d. Анализ экспериментальных данных показывает, что глубина проникновения электрического поля в диэлектрический трубопровод 3 пропорциональна щирине зазора между кольцевыми электродами 1 и 2 (фиг. 2, позиция 1). Это обусловлено тем, что на графике при просыпке угольной пыли в центральной зоне, диаметр которой равен 0,5d, продольное электрическое поле отсутствует, так как приращение емкости преобразователя равно нулю. При увеличении расстояния электродами 1, 2 (фиг. 2, позиция II) электрическое поле проникает на глубину, превыщающую диаметр трубопроводов 3. При этом в рабочем объеме преобразователя создается зоиа повыщенной напряженности. При увеличении щирины электродов до l,5d и сохранении зазора между ними,равного диаметру трубопровода 3 (фиг. 2, позиция П1) в рабочем объеме трубопровода 3 создается область пониженной напряженности, так как приращение емкости преобразователя уменьщается к оси рабочего объема. Анализ графика (фиг. 2, позиция IV) показывает, что для преобразователя, у которого и , приращение емкости в любой точке рабочего объема не зависит от положения струи ссыпаемого материала по сечению преобразователя, так как приращение емкости остаетс величиной постоянной. Таким образом, выполнение условий равенства щирины и завора между электродами диаметру трубопровода позволяет создать в рабочем объеме преобразователя однородное электрическое поле, в котором смещение частиц по сечению преобразователя, вызываемое изменением режимов транспортировки частиц, практически не вносит дополнительной погрещностн в измерение расхода, а расходная характеристика при этом линеаризуется (фиг. 3, позиция П1). При изменении температуры потока или окружающей среды происходит нагрев диэлектрического трубопровода 3. При нагреве увеличиваются размеры трубопровода 3, что вызывает увеличение расстояния между каждой парой кольцевых электродов. Вследствие этого начальная емкость уменьщается. Так как каждый из кольцевых электродов выполнен из двух отдельных колец 4 и 5, соединенных внахлест, происходит одновременное смещение кольца 4 относительно кольца 5 в каждом кольцевом электроде. В результате активная площадь каждого кольцевого электрода увеличится на величину, равную уменьщению начальной емкости за счет нагрева диэлектрического трубопровода 3. В результате происходит непрерывная автоматическая компенсация - уменьщение начальной емкости, связанной с увеличением расстояния между кольцевыми электродами при нагреве, компенсируется увеличением начальной «мкости за счет увеличения активной поверхности колец 4, 5 каждого электрода.

Процесс, обратный описанному, происходит при понижении температуры потока или окружающей среды.

Таким образом, в процессе измерения расхода высокотемпературного потока изменение его температуры не вносит дополнительной погрешности в измерение.

Формула изобретения

Массовый расходомер по авт. св. № 684450, отличающийся тем, что, с 5 целью цовышения точности измерения высокотемпературных потоков, каждый электрод выполнен из двух отдельных колец, соединенных внахлест.

JQИсточники информации,

принятые во внимание при экспертизе

СССР

1. Авторское свидетельство № 684450, кл. G 01Р 5/08, 1977.

0.01 г5

a,oi

t, H07S

0,005

o.aozi -