Тепловой расходомер Советский патент 1982 года по МПК G01F1/68 

(54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изрбретение относится к измерению расходов жидкостей, в частности к тепловым расходомерам. По основному авт. св. № 556329 известен тепловой расходомер, основа ный .на измерении расхода в функции темпа регулярного охлаждения (т) тер мочувствительных элементов первичног преобразователя, состоящего из термочувствительного и нагревательного элементов, усилительного, логарифмирующего и двух последовательно включенных дифференцирующих блоков, нуль органов, формирователя импульсов и устройства управления нагревательным элементом первичного преобразова теля. Указанный расходомер обладает высоким быстродействием и обеспечивает измерение расхода сред под высоким давлением С 3 Недостатком известного расходомера является невозможность его исполь зования для измерения расходов сред переменного состава, так как темп охлаждения термоприемников, являющий ся основным информационным параметро зависит как от расхода, так и от сос тава потока. . Цель изобретения - создание расходомера с повышенной точностью измерения расхода путем введения коррекции по составу потоков сред, транспортируемых под высокими давлениями. Поставленная цель достигаемся установкой дополнительного термочувствительного элемента, соединенного с последовательно включенными усилительно-, логарифмирующими, дифференцирующими блоками, нуль-органом, выход нульоргана подключен к второму входу первого дифференцирующего блока, второй выход которого подключен к входу вычислительного блока, который через блок задержки подключен к. измерительной схеме и непосредственно к регистраторам расхода и состава потока, при этом дополнительный термочувствительный элемент установлен на расстоянии, определяемом из формулы X - зона установки дополнительного термочувствительного элемента от нагревателя по ходу потока; X - зона установки основного термочувствительного элемен,га от начала нагревателя по ходу потока; К коэффициент чувствительности устройства по расходу и составу потока. На чертеже приведена конструкция и измерительная схема расходомера. Расходомер состоит из металлического патрубка 1, нагревателя 2, термоприемников 3 и 4, блоков, составляющих схему известного расходомера 5 (усилительный и логарифмический блоки, два последовательно соединенных дифференцирующих блока, нуль-ор ганы, формирователь импульсов и устройство управления источником нагрева ) и корректирующей схемы. КорЕ ектирующая схема -включает усилительнологарифмирующий блок б, два дифферен цирующих блока 7 и 8, нуль-орган 9, блок 10 задержки и вычислит 2льный блок 11, регистратор 12, измеряющий расход, и регистратор 13, измеряющий состав среды. . Расходомер работает следующим образом. При включении нагревателя темпера тура термоприемника 8 повышается до определенного значения, которое уста навливается в зависимости от выбранного диапазона измерения. При достижении сигналом термоприемника 8.зада ного уровня срабатывает нуль-орган и через устройство управления отключает нагреватель 2, происх9Дит охлаж дение термоприемника 3 и 4 и начинаетс процесс измерения. Сигнал с термоприемника 3 поступает на вход измерительной схемы 5 известного расходомера. Указанный . сигнал усиливается и далее.подается в логарифмирующий блок, где выделяет ся логарифмическая функция сигнала. Прологарифмированный сигнал термоприемника 3 поступает в два последовательно соединенных дифференцирующих блока. Первый дифференцирующий 2|.., блок выполняет операцию и определяет темп регулярного режима охлаждения, который зависит как от расхода, так и от состава измеряемой среды. Второй дифференцирующий блок предназначен для определения момента наступления регулярного режима охлаж дения термоприемника, при наступлении которого сигна л на выходе равен нулю. С этого момента выход первого дифференцирующего блока, определяюще го т, подключается к блоку 10 задержки. Сигнал.с блока 9 поступает на вход вычислительного блока 11. Сигнал с термоприемника 4 поступает на вход корректирующей скемы, усиливается и логарифмируется в блоке б Первый дифференцирующий блок 7 определяет темп регулярного режима охлаж дения термоприемникеГ 4 -ат отличный по величине от т и зависящий также от расхода и состава измеряемой среды. Второй дифференцируюЕЦи. блок 8 и йуль-орган 9 предназначены для определения момента наступления регулярного режима, когда сигнал на выходе дифференцирующего блока равен нулю. При этом нуль-орган 9 выдает сигнал на передачу информации с дифференцирующего блока 7 на вход вычислительного блока 11. Таким образом, на выходе измерительной схемы 5 расходомера и блока 7. корректирующей схекьа при измерении расхода сред переменного состава формируются сигналы ,т и т, зависящие (как от расхода, так и от состава среды, То е, Vvi,--f(G,c) ,C). где G - объемный расход, С - состав потока. Синхронизация во времени сигналов т и т., поступающих в блок автоматизации, осуществляется блоком 10 задержки, управляю1аей работой нагревателя . В вычислительном блоке 11 реализуется (С разделением совокупной информации по расходу и составу) решение системы уравнений (1). К выходу вычислительного блока подключен ре-. гистратор 12, измеряющий величину расхода G с коррекцией по составу среды. Кроме того, с подключением регистратора 13 может дополнительно измеряться состав сре,цы С. Уровень сигнсшов, изменяющихся в процессе измерения значений ги к т, обеспечивается расположением термоприемников 3 и 4 на различных расстояниях относительно нагревателя. Зоны установки этих термоприемников могут быть определены с учетом следующих рассуждений. Известно, что при малых длинах участков нагрева, имеющих место в тепловых расходомерах, локальное значение коэффициента теплоотдачи о от стенки трубы к потоку среды существенно изменяется по длине трубы У и определяется следующей зависимостью; O 7e-Re°5ph(d/X), (2; oL где Re и - соответственно критерий Рейнольдса и Прандтля; d - диаметр трубы , Л - коэффициент теплопроводности измеряемой среды. Для случая установки термоприемников в двух фиксированных по длине трубы точках Х и X . будет справедлива зависимость « X, - локальные коэффициенты где с. , теплоотдачи от стенки трубы к потоку в точка Xv и Хд., поправка г учитывающая влияния изменения рас хода или состава пото ка за время одного про цесса измерения. Поскольку время процесса одного измерения мало и составляет 5-6 с, то можно считать для практических случаев расход и состав потока за время измерения неизменными и, следовательно, можно считать К, 1„ В свою очередь темп охлаждения термоприемников, размещенных на наружной поверхности стенки трубы, пропо ционален значениям локальных коэффи циентов теплоотдачи в точках их уст iHOBKH, т. е. т m ko;:2 . (4J следует К . т Следует отметить, что коэффициент К характеризует чувствительность расходомера к измеряемым параметрам (расходу и составу} . Для получения конечной информации о расходе и составе должно соблюдать ся неравенство К 1, а именно 2iKS5 согласно экспериментальным исследованиям. С учетом выражений (3 ) и (5 будем иметь Xi ,,2. - Л С целью получения максимального быстродействия прибора термоприемник 3 необходимо располагать в точке Х Хр, соответствующей расстоянию от начала нагревателя по ходу потока, доскольку именно в это|5 зоне имеет место наибольшее значение коэффициен та теплоотдачи. Тогда зона установки дополнительного термоприемника 4Х по отношению к термоприемнику 3 опс учетом ( 6 ) и ределится Y - Y ,f о Х„ + X из выражения X -i 7 К - 1. Ло Предлагаемое изобретение может найти применение при измерении расхода переменного состава в условиях химических и нефтехимических производств. Формула изобретения 1.Тепловой расходомер по авт. св. № 556329, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения расхода путем введения коррекции по составу измеряемой среды,. в него введен дополнительный термочувствительный элемент, соединенный с последовательно включенными усилительно-логарифмирующими двумя дифференцирующими блоками и нуль-органом, выход нуль-органа подключен к второму входу первого дифференцирующего блока, второй выход которого подключен к входу вычислительного блока, который через блок задержки подключен к измерительной схеме и непосредственно к регистраторам расхода и состава потока. 2.Расходомер по п. 1, о т л ичаю. щийся тем, что дополнительный термочувствительный элемент установлен на расстоянии, определяемом из формулы X 2. . , Хо где X - зона установки дополнительного термочувствительного элемента от начала нагревателя по ходу потока; Х - зона установки основного термочувствительного элемента от начала нагревателя по ходу потока, К - коэффициент чувствительности устройства по расходу и составу потока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР № 556329, кл. G 01 F 1/68, 1975.

&.С