Устройство для измерения малыхОб'ЕМНыХ РАСХОдОВ гАзА и пАРА Советский патент 1981 года по МПК G01F1/64 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ОБЪЕМНЫХ РАСХОДОВ ГАЗА И ПАРА . .

i

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых расходов газов и паров.

Известны устройства для измерения расходов потоков, содержащие датчики объемного расхода и измерительную схему 1.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения малых расходов потоков, содержащее измерительный канал, измерительный и коглпенсационный чувствительные элементы, первый из которых ,размещен в проточной части корпуса, а второй в сообщающейся с ней тупиковой камере, и мостовую измерительную; схему с чувствительными элементами в смежных плечах/ включающую реверсивный электродвигатель, кинематически связанный с чувствительным элементом 2 ..

Однако известные устройства не обеспечивают высокой точности изме- . рения малых объемных расходов газов и перегретых паров в низком вакууме.

Цель .изобретения - повышение точности измерения малых объемных .расходов газов и паров.

Для достижения цели чувствительные элементы выполнены в виде пластин, выбранных с зазорами и разделенных перегородкой на две группы, образующие, измерительный и компенсационный конденсаторы, перегородка крнсольнс), укреплена в измерительном канале вдоль оси, вход в измерительный участок выполнен асимметрично

10 с одной стороны крепления перегородки, а выход - соосно С измерительным участком.

В мостовой измерительной схеме параллельно компенсационному чувстви-.

15 тельному элементу подключен линей- ный компеясирующийконденсатор.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на .

20 фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 -измерительная мостовая схема.

Устройство СОС1ОИТ из имерительного 1 и компенсационного 2 многопластинчатых плоских конденсаторов,

25 размещенных в одном общем сварном корпусе 3 (измерительном канале) с фланцевой крышкой 4 и кольцевым уплотнением.- Фланцевая крышка 4 прижимается к фланцу 5 корпуса 3 бол30тами и гайками. При этом достигает.ся вакуумное уплотнение фторопластовым кольцом б. К крышке 4 асимметрично приварен штуцер 7, в котором выполнен канал 8 для подачи измеряемого газа (пара) к измерительному конденсатору 1.,Этот измеряемый газ для обеспечения изотермического режима подается через змеевик 9, навитый и припаянный на стакан корпуса 3. Для отвода газа из датчика выполнен штуцер 10., симметрично при варенный к дну корпуса 3. К крышке 4 приварены плоские пластины 11 - 13 являющиеся несу111ими стенками плоских конденсаторов 1 и 2. Между стенками 11 - 13 расположены плоские прямоугольные идентичные пластины 14, которые зафиксированы изолирующими трубками 15 и изолирующими шайбами 16. Црубка 15 расположена в отверстиях пластин 1 и отверстиях пластин 12. Пластины 14 совместно с изолирующими шайбг1ми 16 сжаты гайками 17, ввинчиваемыми в резьбовые отверстия пластин 11 и 13. Преточный конденсатор 1 закрыт с торцов пластинами 18 и 19, которые прикреплены к пластиНам 11 и 12 винтами или пайкой. Пластины 11,12 и 18,19 образуют канал, по которому вдоль и между пластинами 12 конденсатора 1 протекает поток измеряемого газа. В конце канала 20,- в сечении Д поток выходит во внутреннее пространство корпуса 3 и путем диффузии заполняет пространство между пластинами 12 конденсатора 2. Далее измеря емый поток вытекает из выходного штуцера. При этом давление среды в сечении Д и компенсационном конденсаторе 2 практически одинаковы. Для вывода проводов от измерительного и компенсационного конденсаторов 1 и 2 выполнены электровводы 21 с фторопластовыми уплотнениями 22. Для обеспечения изотермического режима, корпус 3 со змеевиком 9 расположены в термостате (не показан). Измерительная схема представляет собой квазиуравновешенный трансформаторный мост, предназначенный для точного измерения емкости измерителного конденсатора 1. Измерительная мостовая схема состоит из трансформатора 23 напряжения, на первичную обмотку которого подается ток от генератора 24. Две вторичные мультифилярные обмотки включены синфазно образуют два плеча моста с тесной индуктивной связью. Измерительный 1 и компенсационный конденсаторы включены в плечи моста. Для начальной установки нуля и сдвига-шкалы, при необходимости, имеется нулевой дифференциальный конденсатор 25. Для начальной компенсации тангенса угла потерь моста имеется дифференциальный конденсатор 26, изменяющий соотношение напряжений в плечах моста.

Для компенсации изменений емкости проточного конденсатора датчика применен линейный образцовый конденсатор 27, управляемый реверсивным электродвигателем 28. С валом двигателя связана также стрелка 29 измерительного прибора и перо для самописца.

Реверсивный электродвигатель 28 управляется от усилителя 30 постоянного тока, на который подается биполярный сигнал с фазового детектора 31, подключенного к селективному усилителю 32.

При разбалансе трансформаторного моста в его измерительной диагонали возникает напряжение основной частоты, которое усиливается усилителем и подается на фазочувствительный детектор 31. При переходе баланса через нуль, фаза сигнала на усилитель 32 меняет знак. Это позволяет на выходе фазового детектора 31 получить биполярное напряжение, соответствующее чувствительности усилителя 30. После предварительного прогрева вторичного прибора и генератора синусоидальных колебаний 24, устанавливают требуемую температуру в термостате, где размещен измерительный и компенсационный конденсаторы. Эта температура выбирается выше температуры конденсации измеряемого газа. Затем в корпусе 3 создают вакуум. В результате (Чего давление в измерительном и компенсационном 2 конденсаторах становится идентичным, что приводит к одинаковым значениям диэлектрической проницаемости и емкости в них. Трансформаторный измерительный мост с помощью конденсаторов 25 и 26 балансируют и стрелка 29 вторичного прибора устанавливается на нуль шкалы.

Устройство включают для измерения расхода. Для этого пропускают газ или пар через змеевик 9 и канал 20, где установлен измерительный конденсатор. Раз.перемещаясь по змеевику, нагревается до температуры, равной температуре конденсаторо 1 и 2. Поток гаЭа в изотермических условиях поступает в измерительный конденсатор 1, где в ламинарном режиме течения возникает перепад давления и, как следствие этого, повышается среднее давление потока в конденсаторе 1 по сравнению с дайлением за ним. Проходя конденсатор заполняет пространство между пластинами конденсатора 2 при давлении, практически равном давлению за конденсатором 1. Соответственно давлениям газа в этих конденсаторах при постоянной температуре, устанавливаются различные значения плотностей и дизлектрических проницаемостей. Причем в конденсаторе 1 они больше за счет имеющегося гидродинамического эффекта. Величина разности диэлектрических проницаемоЪт (и плотностей) прямо пропорциональ на скорости потока или объемному расходу, так как коэффициент динамической вязкости газов и паров в вакууме при постоянной температуре не изменяется. Объемный расход определяется по соотношению Н i Ш11 SI V PW,.p ВН. Е Р г объемный расход, ширина и длина пластин конденсаторов; зазор между пластинами; газовая постоянная; абсолютная температура измеряемого газа в измерительном конденсаторе; удельная поляризация измеряемого газа; коэффициент динамической вязкости; разность диэлектрических пррницаемостей газа в из мерительном конденсаторе и за ним; возникающий перепад давл ний. Вследствие различных значений диэлектрической проницаемости, устанавливаются разные величины электр ческих емкостей конденсаторов I и Баланс моста нарушается, на входе селективного усилителя 32 возникае напряжение, которое усиливается им и поступает на фазочувствительный детектор 31. Фаза этого напряжения сравнивается с фазой опорного напря жения. В зависимости от совпадения или несовпадения фаз на выходе детектора возникает прямое или обрат постоянное напряжение, подаваемое на усилитель постоянного тока. Зде это напряжение преобразуется, усиливается и подается на управляемую обмотку реверсивного электродвигателя 28, Двигатель 28 перемещает измерительную стрелку 29 и компенс рующим конденсатором 27 уравновешивает мост. Вследствие электрической изоляции пластин 14 конденсаторов 1 и 2 от потока, влияние проводимости пр М текающей среды на баланс трансформаторного моста оказывается весьма Мсшнм и введение в схему моста компенсирующего элемента по проводимости, зависящей от расхода, не требуется. Изобретение позволяет измерять расход газов и паров в вакууме, что непосредственно влияет на разработку и поддержание режимов работы технологического оборудования. Формула изобретения 1.Устройство для измерения малых объемных расходов газа и пара, со.держащее измерительный канал, измерительный и компенсационный чув.ствительные. элементы, первый из которых. расположен в проточной части корпуса, а второй в сообщающейся с ней тупиковой камере, и мостовую измерительную схему с чувствительнымк элементами, включающую реверсивный электродвигатель кинематически связанный с компенсационным чувствительным элементом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения малых объемных расходов 5аза и пара, чувствительные элементы выполнены в виде пластин, набранных с зазорами, разделенных перегородкой на две группы, образующие, измерительный и компенсационный конденсаторы, перегородка консольно укреплена в измерительном канале вдоль оси, вход в измерительный участок выполнен асимметрично с одной стороны крепления перегородки, а выход - соосно с измерительным участком,. 2.Устройство, йо п. 1, о т л ичающееся тем, что в- мостовой измерительной схеме параллельнб компенсационному чувствительному элементу подключен линейный компенсирующий ко енсатор, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Кремлевский П.П, Расходомеры и счетчики количества. Л,, Машгиз, 1975. 2, Авторское свидетельство СССР 465551, кл, G 01 F 1/б§, 1974 (прототип),

f7

19

гб