Устройство для анализа движущейсяжидКОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

1

Изобретение относится к приборостроению и может быть применено для автоматического анализа движущихся жидких потоков тепловьам методом в условиях химических, нефтехимически к т.п. производств.

Известны устройства для анализа газовых потоков, содержащие трубопровод с расположенными в нем источниками тепла и термочувствительными элементами, измеряющими температуру потока до и после нагревателя 1.

Однако эти устройства непригодны для анализа состава жидких потоков в силу существенного изменения вязкости и плотности .жидкости от темпер туры, что приводит к образованию конвективных потоков в зоне нагрева нарушающих простую связь теплопроводности с составом жидкостей.

Для анализа состава жидких потоков наиболее пригодны устройства, использующие неконтактные элементы, располагаемые на стенке измерительной трубки, поскольку при этом обеспечива ется возможность создания ламинарной (слоистой) структуры в зоне измерения, что в свою очередь позволяет в, ряде случаев отыскать необходимые закономерности, связывающие

выходной сигнал преобразователя с изменением состава.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для анализа движущейся жидкости, в частности таких ее параметров, как теплопроводность Я. и температуропроводность а движущейся жидкости, в которс при помощи насоса прокачивается жидкость с известной скоростью, регистрируемой расходомером, в термостат и теплообменник, при этом жидкость приобретает постоянную температуру, после чего поступает в измерительную трубку теплового преобразователя, где температура исследуемой жидкости изменяется по определенному закону за счет тепла, .выделяемого секционным нагревателем

0 с общей относительной длиной |--42о, размшценным на внешней поверхности трубки, и подключенном к источнику стабилизированного питания. Свойства исследуемой среды, в частности тешто5 проводность X и температуропроводность (а), определяют характер изменения температуры по длине обогреваемого участка, а также значение среднемассовой температу{Ж2, измеряемой

0 на выходе из преобразователя. Значения л и а в этом случае рассчитываются по эмпирическим найденном зависимостям 2 . Недостатками этого устройства явл йтся малая чувствительность измерени поскольку здесь не учитывается зависимость характеристик по.будителя no-f тока от состава анализируемой жидкос ти, ограниченная область применения, поскольку при измерении не Уштывается влияние вязкости потока, и слож ность конструкции, связанная с необходимостью изготовления секционного нагревателя. Цель изобретения - повышение чувствительности, расширение области применения и упрощение конструкций. Поставленная цель достигается тем, что между насосом и термостатом установлена система для поддержания постоянного напора, например бачок псзстоянного уровня, а тепловой преоб разователь выполнен в виде трубки с расположенными на ее внешней поверхности измерительными и компенсационными терморезисторами, образующилас мостовую схему, подключенную к источ нику стабилизированного питания и измерительному прибору, причем измерительные терморезисторы размадены под нагревателем, имеющим одну обмот ку длиной (10-15)d, где d - внутренний диаметр измерительной трубки, установленным на трубке и связанным со стабилизированным источником питания. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 график зависимости средней температуры стенки теплового преобразователя от изменения состава потока. Кривая Т получена при подаче потока в преобразователь с помощью .системы поддержания постоянного давления (например напорного бачка), а кривая П - с помсяцью насоса постоянной производительности (например шестеренчатого насоса). Устройство содержит насос 1, систему 2 поддержания постоянного давления, термостат 3, теплообменник 4, тепловой преобразователь 5, првдсташ ляющий собой измерительную трубку 6, на которой установлены электрический нахреватель 7 постоянной мощности, из1№рительные 8 и компенсационные 9 чувствительные элементы, подключенные по мостовой схеме к источнику 10 стабилизированного питания и изм ительному прибегу 11. Измерительная трубка, защищена от внш1них воздейст вий кожухом 12. Измерительные элементы 8 расположены под нагревателем 7 и распределены по длине обогреваемого участка. Нагреватель выполнен в виде обмотки с длиной (10-15)d, IQpOMe того, устройство содержит расходомер 13 и подключено к трубопррво ду емкости) 14 с анализируемой средой Устройство работает следующим образом. Исследуемую жидкость, отбираемую из трубопровода (емкости) 14 насосок; 1, прокачивают через систему 2 под- , держания постоянного давления, с помощью которой в линии подачи жидкости в тепловой преобразователь 5 устанавливается определенная скорость движения потока (0,05 - 0,3 м/с), контролируемая расходомером 13, причем конкретная величина скорости определяется условиями измерения (например свойствами анализируемой среды) , а также требуемыми значениями метрологических показателей анализатора (параметрической чувствительностью, постоянной времени и др.). Затем поток по гидравлическому тракту постоянного сечения поступает на вход теплового преобразователя 5, имея заданную температуру, обеспечиваемую термостатом 3 и теплообменником 4. При этом на входе в преобразователь 5 создается установившийся (изотермический) режим течения с параболическим профилем скорости.При поступлении потока в преобразователь 5 на него воздействует постоянное тепловое возмущение, создаваемое электрическим нагревателем 7, Результаты этого воздействия проявляются в деформации профилей скорости и температуры потока, приводящие к изменению интенсивности теплообмена в этой зоне, т.е. изменению коэффициента теплоотдачи oL, что в свою очередь вызывает изменение температуры.потока и стенки измерительной трубки- б. Чувствительные элементы 8 и 9 воспринимгиот перепад температур дг, определяющий величину выходного сигнала преобразо-; вателя.5, который регистрируется измерительным прибором 11. Графики зависимости перепада температур /At от концентрации водных растворов моноэтанола№на, полученные при одних и тех же условиях, но при использовании различных систем подачи потока в тепловой преобразователь. При подаче потока с помощью напевного бачка (кривая I) чувстви- тельность к изменению концентрации существенно возрастает по сравнению со случаем, когда подачу потока осуществляют системой с постояной производительностью, например шестеренчатым насосом (кривая 1). . Работа устройства основана на зависимости коэффициента теплоотдачи oiL движущегося потока от его состава при условии, что скорость потока постоянна. Изменение состава.жидкости вызывает в принципе изменение всех его теплофизичёских параметров, т.е. теплопроводности, вязкости, плотности и теплоемкости. Характер теплообмена в системах с движущимся потоком

т.е. значение ot, обуславливается комлглексным изменением перечисленных

tJBOftCTB.

Для болыпого круга жидкостей, используемых в химических и смежных производствах, параметром, весьма существенно изменяющимся с изменением концентрации, является вязкость. Изменение вязкости приводит к изменению гидродинамических характеристик потока и, как следствие, интен-. сивности теплообмена.

В предлагаемом устройстве увеличение чувствительности достигается тем, что подачу потока в измерительную трубку б осуществляют с помощью сист,емы 2 поддержания постоянного давления, например напорного бачка, при этом полный напор в гидравлическом тракте анализатора будет зависет (при прочих постоянных) от величины потерь напора на трение, определяемых (в соответствии с законом Гагена-Пуазейля) зависимостью

Ь .32vevcp

ТР (d2

При заданной средн скорости потока и постоянных геометрических параметрах тракта потери напора определяются вязкостью жидкости, которая зависит от текущих значений состава анализируемого потока. Изменения вязкости приводят к пропорциональному изменению полного напора в гидравлическом тракте, а следовательно, и к изменению скорости в измерительной труке 6, представлякмцей собой постоянное гидравлическое сопротивление. Таким образом, увеличение чувствительности достигается за счет дополнительного измерения коэффициента теплоотдачи, определяемого yKasaHiOiiM . изменением ск фости потока.

Расширение области применения предлагаемого устройства обеспечивается тем, что измерение температуры в тепловом преобразователе осуществляется на начальном термическом участке, . в области с высоким значением удельного теплового потока, где интенсивность теплооввюяа и градиенты температур наиболее высоки. В этих условиях влияния свойст

среды проявляется наиболее существенно, в том числе влияние вязкости и плотности. Указанные условия достигаются тем, что нагреватель выполнен в виде обмотки с относительной длиной I- 2о , а измерение температуры 5 производится с помощью термоприемников, располагаеьых в зоне активного нагрева, т.е. под нагревателем.

Положительным эффектом также является упрсяцение конструкции тепло0 вого преобразователя за счет исключения необходимости изготовления секционного нагревателя.

15Формула изобретения .

Устройство для анализа движуще жидкости, содержащее насос, термостат, теплообменник, тепловой преобразрватель, расходомер, источник

20 стабилизированного питания и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, расширения области применения и упрощения конструк25 дни, между насосом и термостатом установлена система для поддержания постоянного напора, например бачок постоянного уровня, а тепловой преобразователь выполнен в виде трубки

30 расположенными на ее внешней поверхности измерительными и компенсационными терморезисторами, образующими мостовую схему, подключенную к источнику стабилизированного питания и измерительному прибору,

35 причем измерительные терморезисторы размещены под нагревателем, имеющем одну обмотку длиной (10-15)d, где d - внутренний диаметр измерительной трубки, установленным на трубке и

4Q связанным со стабилизированным источником питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Тхоржевский в.П. АвтоматичесД5 кий анализ газов и жидкостей на химических предприятиях. М., Химия, 1976, с. 272.

2.Авторское свидетельство СССР 560172, кл. G 01 N 25/18, 1977

5Q (прототип).

4t/C