CS206051B1 - Hmotnostní průtokoměr - Google Patents

Description

(54) Hmotnostní průtokoměr

Vynález se týká hmotnostního průtokoměru, určeného pro stanovení hmotnostního průtoku tekutin, to je plynů a kapalin, které mají proměnné teploty, tlaky a hustoty.

Měření průtočného množství tekutin se obvykle provádí rozličnými známými měřidly, jako jsou clonky, dýzy, rychlostní a objemová měřidla atd., z jejichž údajů se určí průtočné množství v m³/s při určitém tlaku, teplotě a hustotě. Výhodnější je určení průtočného hmotnostního množství v kg/s, neboť tento údaj nezávisí na tlaku, teplotě a hustotě proudicí tekutiny. K tomu je třeba vynásobit množství objemového průtoku v m³/s okamžitou hodnotou hustoty tekutiny, čímž se dostane okamžitý hmotnostní průtok. Hustota se určí při ustáleném stavu proudění pomocí stavové rovnice z naměřené teploty, tlaku a známé plynové konstanty proudicí tekutiny. Je možné určit hustotu též pomocí speciálních hustoměrů, které jsou zpravidla složité. Velmi nesnadné je přitom určení průtočného množství při rychle se měnících hodnotách, tlaku, teploty a hustoty proudící tekutiny, kde působí značná setrvačnost měřidel a vyhodnocovacích zařízení. Tím se vnáší do údajů řada chyb a korekcí, které mají za následek značné zmenšení přesnosti údaje.

Uvedené nedostatky odstraňuje hmotnostní průtokoměr podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že sestává z rychlostního snímače pro snímání rychlosti proudící tekutiny, upraveného v místě předpokládané střední ryčhlostiuvažo váného průtočného průřezu, a snímače dynamického tlaku, upraveného v místě této střední rychlosti. : Τ'Základní účinek hmotnostního průtokoměru spočívá v podstatném zjednodušení měření, vyhodnocování a ve zvýšení přesnosti. Okamžitý hmotnostní průtok je stanoven bez pracného, chybami a korekcemi zatíženého určení teplot, tlaků a hustot proudící tekutiny. Vlastní výpočet je jednoduchý a proveditelný mechanickými nebo elektronickými prostředky. Připojením integračního zařízení je možno stanovit součtový průtok v kg/h, nebo v t/den a podobně.

Hmotnostní průtokoměr podle vynálezu je dále blíže popsán na příkladu provedeni podle připojeného výkresu, na němž značí obr. 1 schematický nárys hmotnostního průtokoměru, obr. 2 zjednodušený bokorys podle obr. 1, obr. 3 nárys průtokoměrů s plným průtokem tekutiny a obr. 4 bokorys průtokoměrů podle obr. 3. 206051

Jak patrno z obr. 1 a 2 hmotnostní průtokoměr sestává z tělesa 1 sondy, sondy 2 plného tlaku a měřidla 3 statického tlaku. Na odvráfcfené straně proudu je jako rychlostní snímač použita axiální vrtulka 4, uložená v ložiskách 5. Před vrtulkou 4 jsou upraveny usměrňovači stěny 6. Snímání otáček vrtulky 4 se provádí elektronickým zařízením 7. Jak patrno z obr. 3 a 4 sestává hmotnostní průtokoměr z tělesa 8, v němž jsou uloženy pomocí usměrňovačích stěn 9 obtékaná proudnicová tělesa 10 a 11. Mezi těmito proudnicovými tělesy 10,11 je uložena v ložiskách 5 axiální vrtulka 4. Diferenční tlak Δρ se snímá v místě největšího a nejmenšího průtočného průřezu pomocí vývodů 12, 13, Snímání otáček vrtulky 4 se děje elektronickým zařízením 7.

Hmotnostní průtokoměr pracuje následujícím způsobem:

Proudí-li tekutina z levé strany, jak naznačeno na obr. 1 na těleso 1 sondy a sondu 2, částice tekutiny v sondě 2 plného tlaku se zabrzdí a jejich kinetická energie se mění na tlakovou energii. Rozdíl tó^oto tlaku a statického tlaku, naměřeného měřidlem 3 dává diferenční tlak Δρ. Počet otáček vrtulky 4 je mírou střední rychlosti proudu w_s. Pro sondu dynamického tlaku platí, že rychlost w = ^/[(2 Δρ)/ρ], kde ρ je hustota tekutiny (kg/m³). Měří-li se na proudnici průtočného průřezu, odpovídající střední hodnotě rychlosti ws, je ρ = (2 Aps)/w², kde Δρ8 je dynamický tlak (Pa) v místě střední rychlosti w_s. Tato hodnota, dosazená do průtokové rovnice, dá hmotnostní průtočné množství rh = ρΥ = gw_sS

w_ss = 2s == konst.

Ap_s w_s ^v kde značí:

m - hmotnostní vteřino vý průtok kg/s

V = objemový vteřinový průtok m³/sec s . = průtočný průřez m² w_s = střední rychlost m/sec

Ap_s = dynamický tlak Pa ρ = hustota tekutiny kg/m³

Při rozdělení průtočného průřezu na více stejnoplochých průřezů s jednotlivými tížnicemi středních rychlostí, se obdrží celkový průtok hmotnostní

2£s,

Api w,· = 2S ₊ Apz _{+ +} ÉM ,w_t w₂ w„J kde Δρ_; je dynamický tlak na příslušné tížnici střední rychlosti w_t a 5 je celkový průtočný průřez (m²).

Při měření hmotnostního průtoku v potrubí, znázorněném na obr. 3, kde průtočné množství plně protéká rychlostním měřidlem, se dostává diferenční tlak Δρ v místě největšího a nejmenšího průřezu proudu Si a s₂. Z Berňouilliovy rovnice platí w₂ =

z čehož

Δρ

Dosazením posledního výrazu do průtokové rovnice se obdrží m = s₂h^ = s₂w₂

2s₂ Δρ Δρ

-/- \ ₂ — — konst. -= _ ' ^wa

V alternativním případě může ftýfjako slníma^dýnimického^tíebo diferenčního tlaku Δρ použita například Prandtlova, Pilotova neb Venturiho trubice, diferenční tlak způsobený v trubici při obtékání vloženého aerodynamického tělesa v největším a nejmenším průtočném průřezu atd. Snímačem rychlosti, určujícím střední rychlost w_s, může být turbinka radiální, axiální, měřidlo fluidikové, vířivé a zvláště pak vírové bez pohyblivých částí.

Claims (1)

1. PŘEDMĚTVYNÁLEZU

   Hmotnostní průtokoměr vyznačený tím, že sestává z rychlostního snímače pro snímání rychlosti proudící tekutiny, upraveného v místě předpokládané rychlosti (w_s) uvažovaného průtočného průřezu a snímače dynamického tlaku, upraveného v místě této střední rychlosti (w_s).