CS213915B1

CS213915B1 - Flow indicator for metering small gas throughflows

Info

Publication number: CS213915B1
Application number: CS79780A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Pisa; Michal Bendik
Original assignee: Ladislav Pisa; Michal Bendik
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1980-02-06
Publication date: 1982-04-09

Description

Vynález se týká průtokoměru pro měření malých průtoků plynů, zejména pro plvnové chr omatografy, detektory škodlivin v plynech a podobně.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a flow meter for measuring low gas flow rates, particularly for gas chromatographs, gas detectors and the like.

Princip měření malých hmotových průtoků plynů spočívá v zjišťování teplotních rozdílů ve vhodně dimenzované trubce, protékané měřeným plynem. Přívodem tepla z vnějšího zdroje se na měrné trubce vytváří teplotní pole s vhodným proběhem gradientu. Praktická realizace tohoto obecného principu spočívá v tom, že u dosud známých přístrojů se používá, k přívodu tepla k trubce a snímání teplotních rozdílů různých prvků , např. odporového vinutí, nebo diod. Trubka je ná obou koncích zabudovaná do mohutných bloků a bývá ještě různě tvarována. Všechna tato řešení jsou spojena s velkou technologickou pracností a s nízkou provozní spolehlivostí. Tato dosud známá řešení jsou zatížena značnou nelinearitou, způsobenou kolísáním teploty a některá i značnou časovou konstantou. U mnohých dosud známých řešení není výstupní signál závislý jen na hmotovém průtoku a měrném teplu plynu, ale ujlatnuje se i vliv dalších fyzikálních parametrů plynu, jako teplotní vodivost plynu, vizkozita a podobně. Výstupní signál průtokoměru je pak nutno dodatečně korigovat.The principle of measuring low mass gas flows is to detect temperature differences in a suitably sized pipe flowing through the gas to be measured. By supplying heat from an external source, a temperature field is formed on the measuring tube with a suitable gradient. A practical realization of this general principle is that in the known devices it is used to supply heat to the pipe and to sense temperature differences of various elements, such as resistive winding or diodes. The tube is built into the massive blocks at both ends and is still differently shaped. All these solutions are associated with high technological effort and low operational reliability. These prior art solutions are subject to considerable non-linearity due to temperature fluctuations and some considerable time constants. In many of the prior art solutions, the output signal is not only dependent on the mass flow and specific heat of the gas, but also the influence of other physical parameters of the gas, such as the thermal conductivity of the gas, viscosity, and the like. The output signal of the flow meter must then be corrected.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny průtokoměrem pro měření malých průtoků plynů, jehož podstatou je blok, opatřený přívodem plynu, v němž je upraven výměník ze slinutého kovu a měrná trubka na obou koncích í spojená s blokem, opatřená uprostřed své délky topným prvkem a mezi topným prvkem a uchycením v bloku je > měrná trubka opatřena elektronickými snímacími prvky.These drawbacks are overcome by a flow meter for measuring low gas flows, comprising a gas supply block comprising a sintered metal heat exchanger and a measuring tube at both ends connected to the block, provided with a heating element in the middle of its length and between the heating element and the measuring tube is equipped with electronic sensing elements.

Vynález může být vytvořen tak, že měrná trubka s topným prvkem a elektronickými snímacími prvky je uspořádána ve vybrání bloku a kryta tepelně dobře vodivým víkem a stěny vybrání jsou vyloženy tepelně izolační hmotou, uspořádanou tak, že není ve styku s měrnou trubkou, topným prvkem a elektronickými snímacími prvky. Vynález může být vytvořen též tak, že v měrné trubce je uspořádána šroubovitá spirála. Další obměna vynálezu spočívá v tom, že za výměníkem je uspořádán v bloku plynule stavitelný obtok, tvořený šrou-. bem a závitem v bloku. Jako topného, prvku lze použít s výhodou diod, zejména Zenerovy diody. Jako elektronických snímacích prvků lze použít diod, termistorů, tranzistorů a podobně.The invention may be designed such that the measuring tube with the heating element and the electronic sensing elements is arranged in the recess of the block and covered by a thermally well conductive lid and the walls of the recesses are lined with a heat insulating material arranged so as not to contact the measuring tube, the heating element and electronic sensing elements. The invention can also be formed in that a helical spiral is arranged in the measuring tube. A further variation of the invention is that a continuously adjustable bypass formed in the block is arranged downstream of the exchanger. bem and thread in the block. As heating elements, diodes, in particular Zener diodes, can be used. As electronic sensing elements diodes, thermistors, transistors and the like can be used.

Průtokoměr pro měření průtoků malých množství plynů podle vynálezu má proti dosud stávajícím přístrojům tyto výhody: Má dobrou linearitu výstupního signálu v závislosti na hmotovém průtoku, to je 2%. pro průtoky 0-30 ml/min bez obtoku. Není tudíž nutno používat linearizačních obvodů, které jsou obvykle nastavovány individuálně pro každý průtokoměr, měřený plyn a rozsah*měření. Výstupní signál průtokoměru je závislý pouze na hmotovém průtoku a měrném teplu plynu, je prakticky nezávislý, max. 2%, od ostatních vlastností plynů.The flowmeter for measuring small gas flows according to the invention has the following advantages over existing instruments: It has a good linearity of the output signal depending on the mass flow, i.e. 2%. for flow rates of 0-30 ml / min without bypass. Thus, there is no need to use linearization circuits, which are typically set individually for each flow meter, gas to be measured, and measurement range *. The output signal of the flowmeter depends only on the mass flow and specific heat of the gas, it is practically independent, max. 2%, from other gas properties.

Průtokoměr je technologicky nenáročný, cenově výhodný a ve výrobě dobře reprodukovatelný. Další přednosti jsou dobrá odolnost vůči vlivům okolní teploty a vysoká provozní spolehlivost.The flowmeter is technologically undemanding, cost-effective and reproducible in production. Other advantages are good ambient temperature resistance and high operational reliability.

Na připojeném výkresu jena obr. 1 znázorněn příklad provedení průtokoměru podle vynálezu v nárysném řezu a na obr. 2 detail měrné trubky.FIG. 1 shows a front view of an exemplary embodiment of a flow meter according to the invention, and FIG. 2 shows a detail of a measuring tube.

V kovovém bloku X je vytvořeno vybrání 11 kryté tepelně vodivým víkem 10 a takto vytvořený prostor je opatřen tepelně izolační vystýlkou 12. Ve vybrání 11 je uspořádána měrná trubka 2 opatřená topným prvkemIn the metal block X is formed a recess 11 covered by a thermally conductive lid 10 and the space thus formed is provided with a thermal insulating lining 12. In the recess 11 a measuring tube 2 is provided with a heating element

21, v uvedeném příkladu provedená Zenerovou diodou a elektronickými měrnými prvky 22 a 23. v uvedeném »21, in the example provided by the Zener diode and the electronic measuring elements 22 and 23. In said »

příkladu diodami, a vývodem 25 k spotřebiči. V měrné trubce 2 je uspořádána spirála 24. Přívod J měřeného plynu je opatřen výměníkem 31 ze slinutého kovu plynule stavitelným obtokem 32 tvořeným šroubem 33 a závitem v bloku i· Přístup ke šroubu 33 je kryt zátkou 34.by means of diodes, and an outlet 25 to the appliance. A spiral 24 is arranged in the measuring tube 2. The gas inlet J is provided with a sintered metal exchanger 31 with a continuously adjustable bypass 32 consisting of a screw 33 and a thread in block I. The access to the screw 33 is covered by a plug 34.

Plyn vstupuje přívodem 3. do výměníku tepla 31 tvořeným sintrovaným kovovým materiálem zalisovaným do bloku 4. Toto uspořádání zaručuje dokonalé vyrovnání teploty plynu s teplotou bloku 4. Pro zvětšení měřícího rozsahu je možno za výměník 31 umístit plynule nastavitelný obtok 32. Toto uspořádání zajištuje dokonalou ochranu obtokového prvku a tím zaručení stability dělícího poměru.The gas enters the inlet 3 into the heat exchanger 31 formed by sintered metal material pressed into the block 4. This arrangement ensures a perfect equalization of the gas temperature with the temperature of the block 4. To increase the measuring range, a continuously adjustable bypass 32 can be placed behind the exchanger 31. bypass element and thereby guarantee the stability of the separation ratio.

Obtok 32 je tvořen závitem v bloku 1_. Dělící poměr je nastavitelný šroubováním šroubu 33 přístupným zátkou 34. Pneumatické odpory určené poměrem délek závitů určují dělící poměr.The bypass 32 is formed by a thread in the block 7. The split ratio is adjustable by screwing the screw 33 through the accessible plug 34. The pneumatic resistors determined by the thread length ratio determine the split ratio.

Oba konce trubky 2 protékané měřeným plynem jsou spojeny s blokem L· V polovině celkové délky trubky je umístěna Zenerova dioda 21 přivádějící do místa přiletování na trubku 2 konstantní množství tepla. Zenerova dioda 21 je napájena konstantním proudem. Tím je vytvořeno optimální rozložení teploty podél trubky 2.Both ends of the pipe 2 flowing through the measured gas are connected to the block L. Half of the total length of the pipe is located a Zener diode 21 supplying a constant amount of heat to the place of soldering onto the pipe 2. Zener diode 21 is supplied with a constant current. This creates an optimal temperature distribution along the tube 2.

V úsecích mezi Zenerovou diodou 21 a uchycením v bloku 4 jsou umístěny snímací diody 22 a 23. Diody 22, jsou napájeny tak, že se neuplatní oteplení napájecím proudem. Rozdíl napětí na diodách 22, 23 je přesně Úměrný rozdílu teplot v místech jejich připájení. Rozdíl teplot je přímo úměrný hmotovému průtoku plynu trubkou vyjádřeném v grammolekulách s .Sensing diodes 22 and 23 are located in the sections between the Zener diode 21 and the fixture in the block 4. The diodes 22 are energized in such a way that warming by the supply current does not apply. The voltage difference across the diodes 22, 23 is exactly proportional to the temperature difference at the soldering points. The temperature difference is directly proportional to the mass flow of gas through the tube expressed in grammolecules s.

Trubka 2 a diody 21, 22, 23 jsou umístěny ve vybrání 11 bloku i a kryty rovným vodivým víkem 10.The tube 2 and the diodes 21, 22, 23 are located in the recess 11 of the block 1 and covered by a flat conductive lid 10.

Stěny takto vytvořeného prostoru jsou vyloženy tepelně izolační hmotou 12, která nesmí být ve styku s trubkou 2 a diodami 21, 22, 23.The walls of the space thus formed are lined with a heat insulating material 12 which must not be in contact with the pipe 2 and the diodes 21, 22, 23.

Pro odstranění nepříznivého vlivu laminárního proudění na přenos tepla mezi trubkou a plynem je do trubky vložena šroubovitá spirála 24. Tím je dosaženo snížení závislosti výstupního signálu na jiných vlastnostech než je měrné teplo plynu /kj/kmol °K/ a hmotový průtok /kmol s ^/.In order to eliminate the adverse effect of laminar flow on the heat transfer between the pipe and the gas, a helical coil 24 is inserted into the pipe. This reduces the output signal dependence on properties other than gas specific heat (kj / kmol ° K) and mass flow / kmol s. /.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A flow meter for measuring low gas flows, characterized in that it consists of a block (1) provided with a gas inlet (31) in which a sintered metal exchanger (31) and a measuring tube (2) connected at both ends to the block are provided. 1), provided with a heating element (21) in the middle of its length and equipped with electronic sensor elements (22, 23) between the block in the block (1) and the heating element (21).

2. Flow meter according to claim 1, characterized in that the measuring tube (2) with the heating element (21) and the sensing electronic elements (22, 23) is arranged in the recess (11) in the block (1) and covered by a thermally conductive cover. 10) and the walls of the recesses (11) are lined with a thermally insulating material (12) which is not in contact with the measuring tube (2), the heating element (21) and the electronic sensor elements (22, 23).

3. Flow meter according to claim 1, characterized in that a helical coil (25) is arranged in the measuring tube (2).

4. A flow meter according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a continuously adjustable bypass (32) formed by a screw (33) in the thread of the block (1) is arranged downstream of the exchanger (31) in the block (1).