Расходомер Советский патент 1981 года по МПК G01F1/64 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения массового расхода газов или перегретых паров.

Известны массовые расходомеры, содержащие датчики объемного расхода а плотности и измерительную схему 1.

Наиболее близким к изобретению является расходомер, содержащий датчик объемного расхода , выполненный в виде многопластинчатого измерительного и компенсационного конденсатсров, первый из которых размещен в проточной части корпуса, а второй - в сообщающейся с ней тупиковой камере, и мостовую измерительную схему, включающую реверснвньй электродвигатель, кинематически связанный с дополнительным компенсационным конденсатором, размещенным в мостовой измерительнойсхеменпараллепьноподключеннымк основному компенсационному конденсатору 2J.

Известный расходомер позволяют осуществить измерение малых объемных расходов газа и паров в низком вакууме, но ,имеет недостаточную точность при измерении расходов сред с переменным составом.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства засчет обеспечения возможности измерения

нескольких параметров одним датчиком,

Это Достигается тем, что расходометр снабжен резистивным мостовым аналоговым умножителем и идентичной мостовой измерительной схемой с парой многопластинчатых конденсаторов, один из котсрых устансивлен в тупиковой камере через экранирующую перегородку от компенсационного конденсатора, а другой расположен в вакуумном корпусе, при этом подвижные элементы резисторов, установленных в противоположныхплечах резистнвного NfocTOBoro аналогового умножителя, соединены соответственно с кинематическим звеном реверсивного электродвигателя каждсА из измерительных мостовых схем. На фиг. 1 представлена общая схема массового расходомера;, на фиг. 2 корпус датчика объемного расходомера, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5-корпус с вакуумным конденсатором, продольный разрез; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5. Массовый расходомер для измерения расхода газов (перегретых паров) в низком вакууме состоит из аналогового умножителя 1, представляющего собой ре- зистивный автоматический уравновешенны мост переменного тока, противоположным плечами измерительной схемы которого являются резистивные преобразователи 2 и 3, постоянный резистор 4 и уравновешивающий резистср (реохорд) 5. Питание моста 1 осуществляется от источника переменного напряжения промышленной частоты. Мост 1 содержит фазочувствительньй усилитель 6 и резистивный электродвигатель 7. Вал двигателя 7 через редуктор (на чертеже не показан) соединен со стрелкой 8, перемещающейся по шкале, и с реохордом 5. При равновесии мос та 1 величина реохорда 5 и показание стрелки 8 равны произведению сопротивлений преобразователей 2 и 3, деленно.му на веЛИ инусопротивления 4. Резистив ный преобразователь 2 связан с алом реверсивного электродвигателя 9 автоматического трансформаторного квазиуравновешеннрго моста 1О, измеряющего раз ность электрических ескостей проточного 11 и непроточного 12 конденсаторов дат чика объемного расхода. Мост 10 содержит генератор 13 синусоидального напря жения, измерительный трансформатор 14 напряжения, имеющий две мультифилярнък плечевъ1Х обмотки 15, включенные синфазно, селективный усилитель 16 с фазочувствительным биполярным детектором на выходе (на чертеже не показан усилитель 17 постоянного тока, которъй управляет реверсивным электродвигателем 9. Для подачи опорного напряжения на фазочувствительный Детектор (на чер теже не показан) селективного усилителя 16 применена обмотка 16 измерительного трансформатора 14. Для компенсации разности емкостей проточного 11 и непроточного 12 конденсаторов параллельно последнему подключен линейнъй компенсирующий конденсатор 19, связаннъй редуктором с электродвигателем 9. С валом электродвигателя 9 связана стрелка 2О, показъюаюшая на шкале 8 8 объемный расход газа (насыщенного пара). Резистивный преобразователь 3 соединен с валом реверсивного электродвигателя 21 автоматического трансфсрматорного квазиуравновешенного моста 22, измеряющего разность заполнешого (измеряемым газом) конденсатора 23 и вакуумного конденсатора 24, составляющих датчик плотномера. Мост 22 выполнен по схеме и конструкции аналогичным мосту 10. Мост 22 состоит из измерительного трансформатора 25 напряжения с двумя мультифилярными обмотками 26, генератара 27 синусоидального.напряжения, селективного усилителя 28 с фазочувствигельным детектором .(на чертеже не показан), усилителя 29 постоянного тока и линейного компенсирующего конденса-, тора 30, связанного редуктором (на че- ртеже не показан) с электродвигателем 21. Опорное напряжение на фазочувствительный детектор селективного усилителя 28 подается с отдельной обмотки 31 трансформатора 25. С валом электродвигателя 21 связана стрелка 32, показывающая на шкале плотность измеряемого газа (пара). Датчик объемного расхода состоит из проточного 11 и непроточного 12 миогопласгинчатых конденсатсров , размещенных в общем сварном 33, но в разнъгх камерах. Верхняя часть кфпуса 33 закрыта фланцевой крышкой 34. Герметичность соединения корпуса 33 с крышкой 34 обеспечивается кольцевым фторопластовым, уплотнителем 35. Фланцевая крышка 34 прижата к фланцу 36 корпуса 33 болтами 37 и гайками 38. К крышке 34 приварен штуцер 39. Вокруг корпуса 33 навит змеевик 4О, который через полость 41 штуцера 39 сообщен с проточной камерой Г корпуса 33. Для отвода газа из полостей корпуса 33 в его днище 42 установлен штуцер 43.В непроточней камере) корпуса 33 кроме непроточного конденсатора 12 датчика объемного расхода расположен идентичнъй конденсаторам 11 и 12 конденсатор 23 датчика плотности, отделеннъй от конденсатора 12 экранизирующей (заземленной) пластиной 44. Внутри корпуса 33 расположены несущие стенки 45 - 47, между которыми расположены многопластинчатые плоские конденсаторы 11,12 и 23. Несущие стенки 45-47 одним концом приварень к фланцевсй крышке 34, а стенка 46, кроме того, разделяет внутреннюю полость камеры 33 на проточную Г и непроточную Б полости. Конденсаторы 11, 12 и 23 собраны из арямоугольных конденсаторных пластин 48, Korqpbte установлены жестко на изолирующих трубках 49 (например, кварцевых) при помощи изолирующих, шайб 5О (фиг. 4). Изолирующие трубки 49 пропущены через отверстия . 51 в пластинах 48 и отверстия 52 в несущей стенке 46, Набор конденсаторных пластин 48, располо кенных между несущими Ьтенками 45-47, образующих конденсаторы 11,12,23, сжат гайками 5 которые ввинчены в резьбовые отверстия в стенках 45 и 47. Проточная полость Г в которой размещен проточный конденсатор 11 с торцов пластины 54 и 55, при- паянными к стенкам 45 и 46. Сгенки 45 и- 46 и пластины 54 и 55 обеспечивают при необходимой плотности протекание измеряемого потока газа (пара) вдоль и между пластинами 48 конденсатора 11. Проточная Г и непроточная D полести корпуса 33 выполнены сообщающимися в сечении 56. Для обеспечения изотермического режима датчик .объемного расхода помещен в термостат (на чертеже не псжазан). От конде атфов 11,12 и 23 к трайсформагорным мостам Ю и 22 отходит через электрсжводы 57 пять экранированных фторопластовых радиочастотньвс кабелей . Внутри корпуЬа 33 датчика объемного расхода провода к пластинам 48 проточного конденсатора 11 подключены на выходе потока, т.е. в сечение 56, так, что образуют две группы параллельно включенных чередующихся Пластин конденсатора. К конденсаторам 12 и 23 провода подключены аналогично, но сверху. Конденсаторы 11 и 12 имеют общий вывод, подключенный внутри корпуса 33 на выход к месту 1О, Для предотвращения возможных изменений поверхностной проводимости шайб 5О пластины 48 покрыты изолирующей пленкой, например, фто ропластовой. Вакуумный конденсатор 24 (фиг. 5 и 6) по конструкции аналогичен конденсаторам 11,12 и 23, имеет равное с ними число конденсаторных пластин, но расположен в отдельном корпусе 58, который совместно с корпусом 33 помещен в термостат (на чертеже не показан) для создания одинаковых температур.. Корпус 58 также содержит фланцевую крышку 59 с кольцевым фторопластовым уплотнением 6О и прижатую болтовым соединением к фланцу 61. Через канал 62 штуцера 63 внутри корпуса 58 создают вакуум. В корпусе 58 размещены несущие стенки 04 и 65, между которыми расположены S S8 плоские конденсаторные пластины 66, идентичные пластинам 48. Пластины 66 при помощи НЗОЛ1ФУЮЩИХ трубок 67, шайб и гаек 69 закреппень в сжагы между несущими стенками 64 и 65. Штуцер 70 закрыт заглушкой или к нему подсоединен вакууметр. От конденсаторных пластин 66 через электровводы 71 к трансформаторному мосту 22 подсоединены два фторопластовых радиочастотньи кабеля. ЭлекгpoBBo/u.i 71 расположены в корпусах 72, которые приварены к крышке 59 и снабжены уплотняющим элементом 73 и нажимными гайками 74. Провода при подключении пластин 66 конда1сатора 24 расположены в каналах 75 и 62. Штуцер 63 подключен S вакуумпроводу (на чертеже не показан), К штуцеру 43 подключен трубопровод вьгхода измеряемого газа (на чертеже не показан). К змеевику 4О подключен трубопровод поаа чи газа для измерений (на чертеже не показан). Змеевик 40 присоединен трубопроводом к штуцеру 39. МассовьШ расходомер работает следующим образом. Устанавливается глубокий вакуум (порядка 1Ю мм рт.ст.) в вакуумном конденсаторе 24. Затем подается измеряемый поток в змревик 40 и датчик объемного расхода. Газ заполнйет змеевик 4О (фиг. 2 и 3), в котором его температура ;, ста на вливается равной температуре конденсаторов 11,12,23 и 24 Поток в изотерм ческих условиях поступает через штуцер 39 и канал 41 в полость Г проточного конденсатора 11, где в ламинарном режиме вязкого течения в плоских каналах между параллельными пластинами 48 устанавливается перепад давлений, линейно и прямо зависящий от средней скорости потока или от объемного расхода. Как следствие этого повышаются средние давление и плотность потока в конденсаторе 11 по сравнению с давлением и плотностью за ним. Вы- ходящий из конденсатора 11 в полость 56 газ путем диффузии заполняет пространство между пластинами 48 конденсаторов 12 и 23, размещеннък в непроточной полости Р при давлении, практически равном давлению за конденсатором 11.Следовательно этим да злениям газа (при постоянной температуре) устанавливаются различные значения средних плотностей и диэлектрических проницаемостей, причем в конденсаторе 11 их величины больше за счет возникающего гидродинамического, эффекта. Возникающая разность давлений газа в прогонном конденсаторе 11 и за ним гфямо пропорциональна коэффищиенгу динамической вязкости, длина пластин 48 средней скорости потока в плоских кана- лах между этими пластинами и обратно пропорциональна зазфу между пластинами 48, взятому в квадрате. С фугой стороны, возникающая разность давлений прямо пропорциональна газовой постоянной, температуре газа и ксзн денсатсра 11 и разности cpeшiиx плотностей потока в конденсатфе 11 и за ним. Эга разность плотностей прямо пропорциональна разности диэлектрических проницаемостей потока в конденсатсре 11 и за ним. В результате величина разности диэлектрических проницаемостей прямо пропс циональна скорости потока газа или объемному расходу его, гак как коэффициент динамической вязкости газов и паров Б вакууме при постоянной температуре не изменяется. Вследствие различных значений диэлектрической проницаемости устанавливаются разные величины электрических емкбстей конденсаторов 11 и 12. Ба ланс моста Ю {фи1% 1) нарушается. На входе селективного усилителя 16 (фиг,1) возникает напряжение, которое усиливается им и поступает на имеющийся в нем фазочувствительный детектор. Фаза этого напряжения сравнивается с фазой допарного напряжения, подаваемого от обмотки 18 трансформатора 13 .моста 10. В зависимости от совпадения (или несовпадения) фаз на выходе этого фазочувствительного детектора (усилителя 16) возникает прямое или обратное постоянное напряжение, подаваемое на усилитель 17 постоянного тока (фиг. 1). Здесь это напряжение преобразуется в пульсирующее промышленной частоты, усиливается и подается на управляющую обмотку реверсивного электродвигателя 9 (фиг. 1). Электродвигатель 9 перемещает компен- сируюший линейный конденсатор 19 и резистивньА преобразтатель 2 до состояни баланса. При балансе моста емкость линейного компенсирующего конденсатора 1 равна разности емкостей проточного 11 (фиг. 1) и непроточного 12 конденсато- ров и пропорциональна величине сопротивления резисгичного преобразователя 2, который пропорционален объемному расходу газа через проточный конденсатор 11 Измерение плотности осуществляется налогичнъ1М комплексом устройств. Кон денсатор 23 (фиг. 2-4) заполнен газом, прошедшим после конденсатора 11, имо- ющим давление, плотность и диэлектрическую проницаемость одинаковые как для непроточного конденсатора 12,, Вследствие большего значения диэлектрической проницаемости в конденсаторе 23, чем в вакуумном конденсаторе 24, в измерительной диагонали трансформаторного моста 22 возникает напряжение небаланса, усиливаемое усилителями 28 и 29, которое подается на реверсивный электродвигатель 21. Электродвигатель 21 перемещает линейный компенсирующий конденсатор ЗО, который величиной своей емкости балансирует трансфс маторный мост 22. Величина емкости ксиденсатора 30 равна разности емкостей непроточного конденсатс а 23 и вакуумного конденса тора 24, Эта величина емкости конденсатора ЗО пропорцисдаальна шютности измеряемого газа в полости 56, т.е. за проточным конденсатором 11. Резистивный преобразователь 3, свя -: занный с валом электродвигателя 21 своей величиной, пропорционален емкости ксшденсатсра 30 и плотности измеряемого потока. Аналоговый умножитель 1 при автоматическом балансе показывает стрелкой 8 на шкале результат измерения массового расхода, определяемый соотношением: ВН (md) где NA - массовый расход; CQ - емкость вакуумного конденсатора;ДСу - измеряемая разность емкостей конденсаторов 11 и 12 объемного расхода; йСр - измеряемая разность-емкостей конденсаторов 23 и 24 плотности;h - коэффициент динамической вязкости;Т - температура потока; PL - удельная поляризация; 15 - газовая постоянная; /В В И - соответственно ширина и длина пластин конденсаторов и зазор между ними; п - число пластин. Формула изобретения Расходомер, содержащий датчик объемного расхода, выполненный в виде многопластинчатых измерительного и компенсационного конденсаторов, первьй из которых размещен в проточной части корпуса, а втор в сообщающейся с ней тупиковой камере, и мостовую измерительную схему, включающую реверсивный электродвигатель, кинематически связанный с дополнительным компенсационным конденсатором, размещенном в мостовой измерительной схеме и параллельно подключенны к основному компенсационному конденсато ру отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возмож ностей за счет обеспечения возможности измерения нескольких параметров одним датчиком, он снабжен резистнвным мостввым аналоговым умножителем и идентичной мостовой измерительной схемсй с парой многоплаоинчатых конденсаторов. 8 58 один из которых установлен в тупиковой камере через экранирующую перегородку от компенсационного конденсатора, а другой расположен в вакуумном корпусе, при этом подвижные элементы резисторов, установленных в противоположных плечах резистивного мостового аналогового умножителя, соединены соответственно с кинематическим звеном реверсивного электродвигателя каждс из мостовьк измерительных схем. Источники информации, сфинятью во внимание при экспертизе 1.Кркмлевский П. П. Расходомеры в счетчики количества. Л., Машиностроение, 1975, с. 15. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2713961/18-10, кл. G-01 F 1/64г (прототип)..

VI./

42 5S / 5f 5} / f/.s