CS267408B1

CS267408B1 - Device for measuring volume flow of liquids

Info

Publication number: CS267408B1
Application number: CS882384A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Kara; Miroslav Ing Rybin; Svatopluk Prof Ing Csc Valenta
Original assignee: Kara Jan; Rybin Miroslav; Valenta Svatopluk
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS238488A1

Abstract

Zařízení pro měření objemového průtoku tekutin sestává z čidla (1) průtoku, opatřeného soustavou Štěrbinových průtočných kanálků (2), do kterých jsou zaústěny odběrné otvory (5,5f pro odběr statického a absolutního tlaku v tekutině a otvory (9), vedoucí k teplotnímu čidlu (10). Průtočné kanálky (2) mají rozdílnou šířku ve směru svého většího příčného rozměru, takže jejich příčné průřezy jsou vepsány do myšlené kružnice.The device for measuring the volumetric flow rate of liquids consists of a flow sensor (1), equipped with a system of slotted flow channels (2), into which there are sampling holes (5.5f for sampling the static and absolute pressure in the fluid and holes (9) leading to the temperature sensor (10). The flow channels (2) have different widths in the direction of their larger transverse dimension, so that their cross-sections are inscribed in an imaginary circle.

Description

Vynález se týká zařízení pro měření objemového průtoku kapalín a plynů, opatřeného čidlem s nejméně jedním průtokovým kanálem podlouhlého příčného průřezu, na který jsou ve směru proudění kapaliny nebo plynu napojeny nejméně dva otvory pro snímání statického tlaku protékající kapaliny nebo plynu, propojenými s měřicím ústrojím pro měření statického tlaku Dosud známá zařízení pro měření objemového průtoku tekutin snímáním statického tlaku ve dvou místech průtokového kanálu jsou opatřena čidlem, vřazeným do potrubí a tvořeným soustavou štěrbinových průtokových kanálků obdélníkového průřezu, uspořádaných těsně vedle sebe, to znamená oddělených od sebe tenkými dělicími stěnami. V dělicích stěnách jsou ve směru proudu tekutiny za sebou uspořádány dvojice otvorů, kterými je do nejméně jednoho průtokového kanálku vyvedena snímací trubice pro snímání statického tlaku v kanálku. Toto zařízení je však poměrně nepřesné, protože snímá tlak v podstatě v jediném ze soustavy průtokových kanálků.The invention relates to a device for measuring the volume flow of liquids and gases, provided with a sensor with at least one flow channel of elongate cross-section, to which at least two openings for sensing the static pressure of flowing liquid or gas are connected in the flow direction. Static pressure measurement Previously known devices for measuring the volume flow of fluids by sensing static pressure at two flow channel points are provided with a sensor inserted in the pipe and formed by a set of slotted flow channels of rectangular cross-section arranged close together, i.e. separated by thin partitions. In the dividing walls, pairs of openings are arranged one behind the other in the direction of the fluid flow, through which a sensing tube for sensing the static pressure in the channel is led into the at least one flow channel. However, this device is relatively inaccurate because it senses pressure in essentially one of the system of flow channels.

Výhodnější známé řešení průtokového čidla je rovněž opatřeno soustavou navzájem rovnoběžných štěrbinových průtokových kanálků, které mají obdélníkový průřez a snímací otvory pro snímání statického tlaku jsou uspořádány v oblasti laminárního proudění průtokovým kanálkem v kratší stěně obdélníkového průřezu průtokového kanálku a jsou zaústěny do sběrného kanálu, napojeného na měřicí ústrojí pro měření statického tlaku.A more preferred known flow sensor solution is also provided with a set of mutually parallel slotted flow channels having a rectangular cross-section and static pressure sensing openings arranged in the region of laminar flow through the flow channel in the shorter wall of the rectangular cross-section of the flow channel and opening into a collecting channel connected to measuring device for measuring static pressure.

U těchto známých čidel jsou všechny průtokové kanálky stejně široké, takže příčné rozměry čidla jsou podstatně větší než je průřez napojeného potrubí. Pro napojení čidla je třeba použít výrobně složitý přechodový kus, kterým se spojí kruhový průřez potrubí se čtvercovým průřezem čidla. Tím se zvětšuje stavební délka čidla i jeho hmotnost a spotřeba materiálu. U čidla, tvořeného soustavou sepnutých tenkých desek, tvořících dělicí přepážky mezi kanálky, a distančních dílů, vymezujících šířku průtočných kanálků, se obtížně dosahovalo dokonalého utěsnění celé soustavy. Charakteristika čidla je u stlačitelných tekutin, zejména plynů s většími tlakovými spády, nelineární, což zhoršuje přesnost měření .In these known sensors, all flow channels are equally wide, so that the transverse dimensions of the sensor are substantially larger than the cross section of the connected pipe. To connect the sensor, it is necessary to use a production-friendly transition piece, which connects the circular cross-section of the pipe with the square cross-section of the sensor. This increases the construction length of the sensor as well as its weight and material consumption. In the case of a sensor consisting of a system of closed thin plates, forming partitions between the channels, and spacers defining the width of the flow channels, it is difficult to achieve a perfect sealing of the entire system. The characteristic of the sensor is non-linear for compressible fluids, especially gases with larger pressure drops, which impairs the accuracy of the measurement.

Tato nelinearita charakteristiky čidla je dána jevy, k nimž dochází při proudění stlačitelných tekutin, to znamená plynů a kapalin při velkém tlakovém spádu, kanálem, který má konstantní průřez. Vlivem ztrát třením se mění statickký tlak podél kanálu, který klesá a tím se zmenšuje i hustota proudící tekutiny. Protože protékající hmota musí zůstat podle zákona o zachování hmoty stále konstantní, dochází ke zvětšování rychlosti proudění tekutiny podél kanálu. To má za následek, že charakteristika laminárního čidla není lineární. V praxi se tato charakteristika linearizuje za cenu zhoršení přesnosti. U každé charakteristiky přístroje proto musí být udáváno. při kterém absolutním tlaku a absolutní teplotě platí, aby ji bylo možno přepočítat na srovnatelné normální podmínky. U dosud známých lamlnárních čidel byl zpravidla udáván statický tlak v prvním a druhém snímacím kanálu, popřípadě v potrubí před čidlem a za ním. což není pro přesnostThis non-linearity of the sensor characteristic is due to the phenomena that occur during the flow of compressible fluids, i.e. gases and liquids at a large pressure drop, through a channel that has a constant cross-section. Due to friction losses, the static pressure changes along the channel, which decreases and thus the density of the flowing fluid decreases. Because the flowing mass must remain constant according to the law of conservation of mass, the flow rate of the fluid along the channel increases. As a result, the characteristic of the laminar sensor is not linear. In practice, this characteristic is linearized at the cost of deteriorating accuracy. It must therefore be given for each characteristic of the device. at which absolute pressure and absolute temperature it applies so that it can be converted to comparable normal conditions. In the case of hitherto known laminar sensors, the static pressure in the first and second sensing channels or in the pipe in front of and behind the sensor has generally been indicated. which is not for accuracy

CS 267408 Bl měřeni postačující.CS 267408 Bl measurement sufficient.

Nedostatky těchto dosud známých zařízení pro měření objemového průtoku tekutin jsou odstraněny zařízením podle vynálezu, opatřeným čidlem pro snímání statického tlaku tekutiny v různých místech proudu tekutiny, tvořeným soustavou navzájem rovnoběžných průtočných kanálků s otvory pro odběr tlaku; podstata vynálezu spočívá v tom, že průtočné kanálky mají ve směru svého většího příčného rozměru proměnnou šířku a jsou vepsány do myšlené válcové plochy, přičemž v nejméně jednom průtočném kanálku je v podélném směru mezi dvěma otvory pro odběr statického tlaku uspořádán další otvor pro odběr absolutního tlaku tekutiny, proti němuž je na protilehlé straně průtočného kanálku vytvořena skupina otvorů, vedoucích ke snímači teploty.The disadvantages of these hitherto known devices for measuring the volume flow of fluids are eliminated by a device according to the invention provided with a sensor for sensing the static pressure of the fluid at different points of the fluid flow, formed by a system of mutually parallel flow channels with pressure collection holes; The essence of the invention consists in that the flow channels have a variable width in the direction of their larger transverse dimension and are inscribed in the imaginary cylindrical surface, while in at least one flow channel another opening for absolute pressure collection is arranged in the longitudinal direction between two static pressure collection holes. fluid, against which a group of holes leading to the temperature sensor is formed on the opposite side of the flow channel.

Ukázalo se, že je-li třeba získat lineární charakteristiku měřicího čidla, je třeba uvažovat závislost tlakové diference na objemovém průtoku vzhledem k absolutnímu tlaku a absolutní teplotě uprostřed mezi dvěma odběry statického tlaku, to znamená, že zařízení musí svým čidlem merit také absolutní tlak a absolutní teplotu uprostřed mezi oběma odběry statického tlaku. K měření absolutní teploty je možno použít běžných měřicích ústrojí, pracujících se stupni Celsia, a dalšího matematického členu, který naměřené údaje převádí na absolutní hodnoty. Absolutní tlak je možno snímat snímačem absolutního tlaku.It has been shown that if a linear characteristic of the measuring sensor is to be obtained, the dependence of the pressure difference on the volume flow with respect to absolute pressure and absolute temperature midway between two static pressure taps must be considered, i.e. the device must also measure absolute pressure with its sensor. absolute temperature midway between the two static pressures. To measure the absolute temperature, it is possible to use common measuring devices, working with degrees Celsius, and another mathematical term, which converts the measured data into absolute values. The absolute pressure can be sensed by an absolute pressure sensor.

Vytvoření soustavy průtočných kanálků štěrbinového tvaru s rozdílnou šířkou ve směru většího rozměru průřezu, přičemž šířky jednotlivých kanálků jsou voleny tak, že jejich průřezy je možno vepsat do myšlené kružnice, usnadňuje napojení čidla pro měření průtoku na potrubí a zmenšuje jeho vnější příčné rozměry, přičemž jednotlivé průtočné kanálky se snadněji utěsňují.The creation of a system of slit-shaped flow channels with different widths in the direction of the larger cross-sectional dimension, the widths of the individual channels being chosen so that their cross-sections can be inscribed in an imaginary circle, facilitates the connection of the flow sensor to the pipeline and reduces its external flow channels are easier to seal.

Příklady provedení zařízení pro měření průtoku tekutin jsou zobrazeny na výkresech, kde obr. 1 znázorňuje podélný řez jedním z průtočných kanálků čidla, propojeného odběrnými otvory s ústrojím pro snímání tlaků a teploty, na obr. 2 je příčný řez prvním provedením čidla ve šroubovaném provedení, obr. 3 znázorňuje podélný řez čidlem z obr. 2, obr. 4 příčný rez druhým příkladným provedením čidla, opatřeného pouzdrem pravoúhelníkového průřezu, a na obr. 5 je příčný řez třetím příkladným provedením čidla, uloženého ve svařovaném pouzdru.Exemplary embodiments of a device for measuring fluid flow are shown in the drawings, where Fig. 1 shows a longitudinal section of one of the flow channels of the sensor connected by sampling openings to a device for sensing pressure and temperature, Fig. 2 is a cross-section of a first embodiment Fig. 3 shows a longitudinal section of the sensor of Fig. 2, Fig. 4 is a cross-section of a second exemplary embodiment of a sensor provided with a housing of rectangular cross-section, and Fig. 5 is a cross-section of a third exemplary embodiment of a sensor housed in a welded housing.

Zařízení pro měření průtoku tekutin sestává z čidla 1, tvořeného soustavou navzájem rovnoběžných štěrbinových průtočných kanálků 2, majících obdélníkový průřez a omezených na svých delších stranách dělicími plechy 3 a na svých kratších stranách distančními plechy 4. Šířka jednotlivých průtočných kanálků 2 je rozdílná a je volena tak, že všechny průtočné kanálky 2 jsou vepsány do myšlené válcové plochy, to znamená, že v příčném řezu se rohy obdélníkových příčných průřezů kanálků 2 dotýkají opsané kružnice, takže soustava průtočných kanálků 2 navazuje optimálně na části potrubí, do kterého je čidlo 1 vřazeno.The fluid flow measuring device consists of a sensor 1 formed by a system of mutually parallel slotted flow channels 2, having a rectangular cross-section and limited on their longer sides by dividing plates 3 and on their shorter sides by spacer plates 4. The width of individual flow channels 2 is different and selected so that all flow channels 2 are inscribed in the imaginary cylindrical surface, i.e. in cross section the corners of the rectangular cross-sections of the channels 2 touch the circumscribed circle, so that the set of flow channels 2 connects optimally to the part of the pipe into which the sensor 1 is inserted.

CS 267408 BlCS 267408 Bl

Průtočné kanálky 2 jsou opatřeny ve svých užších stěnách odběrnými otvory 5, umístěnými v oblasti laminárního proudění v odstpu od sebe a vyústěnými do společného odběrného kanálku 6. na který je potom napojena odběrná trubka 7, vedoucí k měřicímu ústrojí 8 pro měření statických tlaků. Uprostřed mezi odběrnými otvory 5 je v užší stěně kanálků 2 vytvořen střední otvor 5'pro odběr absolutního tlaku. V protilehlé stěně průtočného kanálku 2 je vytvořena skupina malých otvorů 9, vedoucích k teplotnímu čidlu 10 pro měření teploty.The flow channels 2 are provided in their narrower walls with sampling openings 5, located in the region of laminar flow at a distance from each other and opening into a common sampling channel 6, to which a sampling pipe 7 is connected to the measuring device 8 for measuring static pressures. In the middle between the sampling openings 5, a central opening 5 'for drawing absolute pressure is formed in the narrower wall of the channels 2. A group of small openings 9 are formed in the opposite wall of the flow channel 2, leading to a temperature sensor 10 for measuring the temperature.

Tímto uspořádáním se získává lineární charakteristika čidla £ průtoku, to znamená, že závislost tlakové diference na objemovém průtoku vzhledem k absolutnímu tlaku a absolutní teplotě uprostřed mezi dvěma odběry statického tlaku je lineární.With this arrangement, a linear characteristic of the flow sensor is obtained, i.e. the dependence of the pressure difference on the volume flow with respect to the absolute pressure and the absolute temperature in the middle between the two static pressure intakes is linear.

Soustava dělicích plechů 3 a distančních plechů 4, mezi nimiž je vytvořena soustava průtočných kanálků 2 pro měření průtoku pomocí tlakové diference, je doplněna dvěma doplňovacími díly 11 a sevřena v pouzdru 12, které v prvním příkladném provedení /obr. 3/ sestává ze dvou podélných polovin s mírně komole kuželovými vnějšími plochami, které je z vnější strany obklopeno vnějším pouzdrem 13, jehož vnitřní stěna je tvořena dvojicí rozbíhajících se komole kuželových ploch; vnitřní dělená pouzdra 12 jsou uspořádána ve dvojici proti sobě a jsou svými čely opřena o přírubová čela 14. spojená navzájem stahovacím šroubem 15, jehož závity na obou koncích mají opačné stoupání a jsou zašroubovány do otvorů v přírubových čelech 14- Stahováním přírubových čel 14 k sobě otáčením stahovacího šroubu 15 působí komole kuželové plochy vnitřních pouzder 12 a vnějšího pouzdra 13 jako klíny, které stahují soustavu dělicích plechů 3 a distančních plechů 4 těsně k sobě. Pro zlepšení tohoto sevření je možno mezi obvodovou plochu soustavy plechů 3,4a vnitřní plochy vnitřních pouzder 12 umístit dělené pryžové pouzdro 16.The set of dividing plates 3 and spacer plates 4, between which a set of flow channels 2 for flow measurement by means of a pressure difference is formed, is supplemented by two additional parts 11 and clamped in a housing 12, which in the first exemplary embodiment / fig. 3 / consists of two longitudinal halves with slightly truncated conical outer surfaces, which is surrounded on the outside by an outer housing 13, the inner wall of which is formed by a pair of diverging truncated conical surfaces; the inner split sleeves 12 are arranged in pairs against each other and are supported by their faces on the flange faces 14. connected to each other by a tightening screw 15, the threads of which have opposite pitches at both ends and are screwed into holes in the flange faces 14. by turning the tightening screw 15, the truncated surfaces of the conical surface of the inner sleeves 12 and the outer sleeve 13 act as wedges, which tighten the set of dividing plates 3 and spacer plates 4 close to each other. To improve this clamping, a divided rubber sleeve 16 can be placed between the circumferential surface of the plate system 3,4a and the inner surface of the inner sleeves 12.

Ve druhém příkladném provedení /obr. 4/ je soustava dělicích plechů 3 a distančních plechů 4, ohraničujících průtočné kanálky 2, uložena v úložném pouzdru 17 pravoúhelníkového průřezu, sestávajícím ze čtyř desek 18, spojených navzájem do celku šrouby 19. Prostor mezi obvodovými plochami soustavy dělicích plechů 3 a distančních plechů 4 a vnitřními plochami úložného pouzdra 17 je vyplněn těsněním 20In the second exemplary embodiment / FIG. 4 / the set of dividing plates 3 and spacer plates 4 delimiting the flow channels 2 is mounted in a storage housing 17 of rectangular cross-section, consisting of four plates 18 connected to each other by screws 19. Space between the circumferential surfaces of the set of dividing plates 3 and spacer plates 4 and the inner surfaces of the housing 17 are filled with a seal 20

Ve třetím příkladném provedení čidla 1 průtoku podle vynálezu je soustava dělicích plechů 3 a distančních plechů 4 doplněna podobně jako v prvním provedení dvěma doplňovacími díly 11. které mohou být vytvořeny například z trvale pružného tmelu, pryže nebo podobných materiálů, a uložena v úložném válcovém pouzdru 21, sestávajícím ze dvou polovin, které jsou po potřebném sevření vnitřních prvků navzájem svařeny dvojicí podélných svarů 22. /obr. 5/.In a third exemplary embodiment of the flow sensor 1 according to the invention, the assembly of dividing plates 3 and spacer plates 4 is supplemented similarly as in the first embodiment with two complementary parts 11, which can be formed for example of permanently flexible sealant, rubber or similar materials. 21, consisting of two halves which, after the necessary clamping of the inner elements, are welded to one another by a pair of longitudinal welds 22. FIG. 5 /.

Claims

1. A device for measuring the volume flow of fluids, comprising a flow sensor and a pressure measuring device, the flow sensor being provided with a system of flow channels, in particular of a slit nature, into which static pressure sampling ports open at least two points spaced apart. channels in the direction of fluid flow, characterized in that the flow channels (2) have different widths in the direction of their larger transverse dimension and are inscribed in the imaginary cylindrical surface.

2. Device according to claim 1, characterized in that the flow channels (2) of the sensor (1) are provided with a central opening (5) connected to the sampling channel (6) in the direction of fluid flow between the two static pressure sampling ports (5). /, for taking absolute pressure, a group of openings (9) leading to a temperature measuring sensor (10) being formed in the opposite wall of the flow channels (2) against the central opening (5).

3. Device according to items 1 and 2, characterized in that the flow channels (2) are delimited by a set of dividing plates (3) and spacer plates (4) arranged between them, which has a cylindrical outer surface and is clamped in a cylindrical housing (12). , 21 /.

4. Device according to claim 3, characterized in that the bearing housing (12) consists of four longitudinally and transversely divided parts, each part having an outer truncated conical surface on which the truncated conical part of the inner surface of the outer cylindrical housing (13) rests. , the flange faces / 14 / abutting against each other by the clamping screws / 15 / abutting on the fronts of the parts of the inner storage housing / 12 /.

5. The device according to item 3, characterized in that the cylindrical bearing housing (21) consists of two trough halves which are welded to each other.

6. Device according to items 3 to 5, characterized in that there is a layer of flexible sealing compound between the set of dividing plates (3) and spacer plates (4) and the cylindrical bearing housing (12, 21).