Способ измерения массового расхода среды Советский патент 1981 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для определения массового расхода среды. Известен способ измерения массово го расхода по перепаду давления на перегородке (диафрагме, установленной в трубопроводе, по которому протекает измеряемый поток, и плотности которую также требуется измерять 1 Необходимость измерения плотности среды усложняет способ определения расхода и снижает его точность, а в связи с тем, что зависимйсть между перепадом давления и расходом квадра тичная, сокращается диапазон измеряе мых расходов. Известен способ измерения расхода путем создания дополнительного потока вещества в виде струи, вытекающей в направлении, перпендикулярном измеряемому потоку, пересекающей часть сечения измеряемого потока, и определения перепада давления в точках, расположенных против отверстия истечения струи в зоне действия- этой струи 2 . Недостатком этого способа является ограниченный диапазон измеряемых расходов. Кроме того, по перепаду давления можно определить лишь скорость измеряемого потока, или массовый расход при известной и постоянной плотности вещества потока. Для измерения же массового расхода при переменной плотности, как и в расходомерах с диафрагмой, необходимо дополнительно измерять плотность. Известен также способ измерения массового расхода по перепгаду давления, возникающему в трубопроводе в области цилиндра, вращякхцегося с постоянной скоростью, частично перегораживающего измеряемый поток -и создающего дополнительный поток в виде части измеряемого потока, вращакяцейся вместе с цилиндром. Перепад давления по такому способу непосредственно связан с массовьил расходом и, следовательно, не требуется дополнительного измерения плотности. ПереПсщ давления, кроме того, прямо пропорционален массовому расходу, следовательно, нет и ограничений диапазона измерения, имеющих.место у диафрагменных расходомеров, обусловленных квадратичной зависимостью между расходом и перепадом ГЗЗ. Однако точное измерение расхода с помощью такого способа ограничено

весьма малыми значениями расходов. Кроме того, точность измерения расхода существенно зависит от структуры потока. Структура потока оказывает влияние sa точность измерения вследсвие расположения точек отбора давления в зоне взаимодействия потоков измеряемого и дополнительного. Изменение структуры измеряемого потока может привести к изменениям или колебаниям перепада при том же самом расходе. Это создает дополнительную погрешность измерения.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых расходов и повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что измеряемый поток пересекают дополнительным и выводят последний из зоны их пересечения, а перепад давления измеряют между точками измеряемого потока, расположенными до и после пересечения его дополнительным потоком, причем параметры дополнительного потока определяют из условий:

} --iy

V;

и в.

«

А

НА

де Н и Н.

поперечные размеры соответственно измеряемого и дополнительного потоков в плоскости пересечения направлений потоков в зоне этого пересечения-,

В, и В поперечные размеры измеряемогб и дополнительного потоков в зоне пересечения, в направлении, перпендикулярном упомянутой плоскости;

Уд средняя скорость дополнительного потока в той же плоскости в зоне пересечения потоков

средняя скорость измеряемого потока в той же зоне при максимальном измеряемом расходе.

На чертеже показана схема устройтва, реализующего предложенный спооб.

Устройство содержит трубопровод 1, насос 2, размещенный в дополнительном трубопроводе 3, подключенном под прямым углом к трубопроводу 1. Насос 2 установлен на валу электродвигателя 4 и имеет постоянную объемную производительность. Дифманометр 5 подключен, к трубопроводу 1 перед и за трубопроводом 3.

. Вариантом реализации способа может быть устройство, в котором вйесто насоса используется прямолопастная крыльчатка, установленная таким образом, что ее ось вращения размещена вне измеряемого потока.

Способ реализуется следующим образом.

Измеряемый поток проходит по трубопроводу 1. Дополнительный поток постоянной скорости обеспечивается насосом 2, приводимым во вращение с постоянной скоростью от синхронного электродвигателя 4. Создаваемый насосом 2 дополнительный поток пересекает измеряемый.

Дифманометром 5 измеряют перепад давления в трубопроводе 1 перед пересечением потоков и после него.

Поток циркулирует в замкнутом трубопроводе 3, поперечный размер которого Вд, определяющий размер дополнительного потока, равен или больше размера Ви-измеряемого потока. При этом условии дополнительный поток полностью пересекает измеряемый поток.

Перепад давления возникает вследствие сопротивления движению измеряемого потока, создаваемого пересекающим его дополнительным потоком.Это сопротивление обусловлено инерционностью частиц дополнительного потока, который движется мимо частей измеряемого потока. При этом между частями измеряемого потока постоянно оказываются части дополнительного потока, не имеющие скорости в направлении движения измеряемого потока, приобретающие движение в этом направлении лишь попадая между указанными частями измеряемого потока. Такое движение обеспечивается благодаря тому, что части дополнительного потока после пересечения с измеряемым потоком выводятся из зоны их взаимодействия в процессе циркуляции дополнительного потока в трубопроводе 3.

Зависимость перепада давления от массового расхода определяется следующим образом.

Любое элементарное сечение S в дополнительном потоке, имеющее дцкну Уд., равную размеру Нд дополнительного потока в плоскости пересечения направлений потоков, проходя через измеряемый поток, попадает под действие перепада давлений л перед пересечением потоков и за ним. В конце движения в измеряемом потоке длина этого элементарного сечения, находящегося под действием такого ..перепада давлений, становится равной у за счет смещения этогосечения под действием перепада и положения его из измеряемого потока. При этом часть сечения длиной Уф У-УО фактически попадает в трубопровод 1 за дополнительным потоком. Из этих частей дополнительного потока и складывается измеряемый поток.

При У о }) Уф (а это всегда можно сделать соответствующим подбором соотношеь)ий скоростей и сечений измеряемого и дополнительного потоков) им ется зависимость Уф Я (1) где УО - начальная длина элементарнего сечения S при входе е в измеряемый поток; Уф длина части элементарного сечения, попадающей в трубопровод 1 измеряемого пот ка Р плотность вещества потока; ДР - перепад давления на пересе чении потоков; t - время движения элементарно го сечения S в зоне Пересе чения потоков. Примем поперечный размер измеряе мого потока в плоскости пересечения направлений потоков равным Н. Умно жив обе части выражения (1) на НцВц поделив на t и представив вместо Уд равную величину Нд, получим .Ци , ДР -Щ., где Ну и НА - поперечные размеры измеряемого и дополнительного потоков в плоскости пересечения направлений потоков в зоне этого пересечения) By - поперечный размер измеряемого потока в зоне пересечения потоков, в направлении, перпендикулярном упомя нутой плоскости. Величина УфB,f- представляет массовый расход Q вещества в трубопроводе измеряемого потока. Так как величины t, Нц, В и Н по.условию постоянные/ то При измерении массового расхода по перепаду удобно, когда перепсщ пропорционален массовому расходу.Для этого необходимо постоянство t и, следовательно, постоянство скорости дополнительного потока. Возможно также использование способа и при переменной скорости допол нительного потока. Например, может оказаться целесообразным управление сигналом дифмано метра скоростью дополнительного пото ка путем подачи этого сигнала на электродвигатель (в данном случае электродвигатель может быть не синхронным), или на какой-либо регулятор расхода, устанавливаемый в канале до полнительного потока. При этом буiieT меняться значение t, что может быть использовано, в частности, для удлинения диапазона прямой пропорциональности между дР и (J. Необходимым условием полного пересечения измеряемого потока дополнительным, наряду с упомянутым ранее условием Вд Bj, является соблюдение ьависимости VA-S; и. где V - средняя скорость дополнительного потока в плоскости пересечения направлений потоков, в зоне их пересечения, V - средняя скорость измеряемого потока в той же зоне при максимальном измеряемом расходе . Реализация способа конструктивно проста и надежна, поскольку все узлы (центробежный нагреватель и дифманометр) могут быть серийного исполнения с уже известными и гарантированными характеристиками,что позволяет легко расчитать и составить расходомер с заданным соотношением между перепадом и массовЕМ расходом, обеспечивающий заданный диапазон измеряемый расходов. Предлагаемый способ может использоваться для измерения массовых расходов как жидкостей, так и газов. Формула изобретения Способ измерения массового расхог да среды по перепаду давления в двух точках измеряемого потока путем создания дополнительного потока этой среды, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых расходов и повышения точности измерения, измеряемый поток пересекают дополнительным и выводят последний из зоны пересечения, а перепад давления измеряют между точками измеряемого потока, расположенными до и после пересечения его дополнительным потоком, причем параметры дополнительного потока определяют вз условий: VA -ii; и и БД БИ, где Н и Нд - поперечные размеры соответственно измеряемого и дополнительного потоков в. плоскости : пересечения направлений потоков в зоне этого, пересечения; Вц и В - поперечные размеры измеряемого и дополнительного потоков в зоне пересечения, в направлении, перпендикулярном упомянутой плоскости;

средняя скорость дополнительного потока в той же плоскости, в зоне пересечения потоков;

средняя скорость измеряемого потока в той же зоне при максимальном измеряемом расходе.

. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Цейтлин В.Г. Техника измерения расхода и количества жидкостей, газо и паров. М., 1968, с. 27-40.

2.Кремлевский П.П. Расходомеры и счётчики количества. Л., 1975,

с. 645-646, рис. 340.

3.Патент ФРГ № 1046350,

кл. 42е, 23/20, 1959 (прототип).

А:±