PL215527B1 - Masowy przepływomierz kapilarny zwłaszcza do małych wydatków gazu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest masowy przepływomierz kapilarny zwłaszcza do małych wydatków gazu. Pojęcie „małe wydatki gazu” odnosi się do przepływomierzy o zakresach pomiarowych poniżej 1 mg/s.

Znane jest rozwiązanie przepływomierzy o zmiennym przekroju, popularnie zwanych rotametrami. Mierzą one wydatek gazu, wypływającego do wolnej przestrzeni. Rezultat pomiaru odczytuje się ze skali, określając pozycję pływaka unoszonego przepływającym płynem. Wynik ten odniesiony jest do ustandaryzowanej temperatury i ciśnienia atmosferycznego. Aby wyznaczyć wydatek masy gazu konieczne jest uwzględnienie temperatury i ciśnienia barycznego w trakcie pomiaru. Ponadto przełożenie rezultatu na postać cyfrową jest trudne. Rotametry o zakresie pomiarowym spełniającym kryterium „małych wydatków gazu” są drogie i rzadko spotykane.

Znane są również przepływomierze oparte o efekt Coriolisa. Są one jednak przeznaczone głównie do pomiarów strumienia masy cieczy i nie spełniają wyżej określonego kryterium pomiaru „małych wydatków gazu”.

Znane są również przepływomierze manometryczne (ciśnieniowe) oparte o pomiar spadku ciśnienia na elemencie spiętrzającym. Jako elementy spiętrzające stosuje się zwykle kryzy, dysze, itp. Niedogodnością większości znanych rozwiązań przepływomierzy manometrycznych jest ich nieliniowa charakterystyka. Ponadto, aby określić wydatek masy gazu należy uwzględnić, obok spadku ciśnienia na elemencie spiętrzającym, również temperaturę i ciśnienie gazu. Rezultatem tego jest niedogodność polegająca na konieczności wykonywania obliczeń uwzględniających wyniki pomiarów cząstkowych i zależności temperaturowej charakterystyki przepływomierza. Stopień skomplikowania obliczeń rośnie wraz z wymaganiami co do dokładności końcowego rezultatu pomiaru.

Znany jest przepływomierz manometryczny w którym elementem spiętrzającym jest kapilara. Jest on określany jako przepływomierz kapilarny. [R.F. Berg, Quartz capillary flow meter for gases, Review of scientific instruments, Vol. 75, No. 3, March 2004]. W rozwiązani tym kapilary są zanurzone w kąpieli o stabilizowanej temperaturze. Na wejściu i wyjściu kapilary znajdują się przetworniki ciśnienia. Różnica ciśnień decydująca o intensywności przepływu gazu określana jest jako różnica wskazań tych przetworników.

Bezpośrednim wynikiem pomiarów w znanym rozwiązaniu przepływomierza kapilarnego są wskazania przetworników ciśnienia i wartość temperatury w jakiej utrzymywane są kapilary. Wynik pomiaru wymaga obliczeń uwzględniających te bezpośrednie wyniki.

Różnica ciśnień decydująca o intensywności przepływu gazu określana jest jako różnica wskazań tych przetworników. Wpływa to negatywnie na błąd pomiaru przez kumulację błędów wskazań obu przetworników.

Kapilary zanurzone w kąpieli o stabilizowanej temperaturze komplikują budowę urządzenia; również zwiększa zapotrzebowanie na energię. Jest to niedogodne zwłaszcza jeśli urządzenie ma być użytkowane poza laboratorium badawczym.

Masowy przepływomierz kapilarny zwłaszcza do małych wydatków gazu oparty o pomiar spadku ciśnienia na elemencie spiętrzającym, według wynalazku jako element spiętrzający zawiera zestaw kapilar połączony od strony wlotu z mechanizmem łączącym poszczególne kapilary równolegle, przy czym wlot i wylot zestawu kapilar połączony jest za pośrednictwem przetwornika różnicy ciśnień a na wylocie znajduje się ponadto przetwornik ciśnienia. Całość umieszczona w obudowie połączonej z przetwornikiem temperatury. Ponadto wyjścia przetworników ciśnień oraz temperatury połączone są z mikroprocesorowym układem przetwarzania danych zawierającym program zaimplementowany w mikroprocesorze służący do przetwarzania danych cząstkowych na wartość wydatku masy gazu z uwzględnieniem zarówno temperaturowych zmian właściwości gazu, jak również temperaturowych dryfów użytych w zestawie pomiarowym, układ transmisji wyniku do komputera oraz cyfrowy wyświetlacz aktualnego wyniku pomiaru.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym blokowy schemat masowego przepływomierza kapilarnego

Masowy przepływomierz według wynalazku zawiera zestaw kapilar k połączony od strony wlotu z mechanizmem m łączącym poszczególne kapilary równolegle. Wlot i wylot zestawu kapilar połączone są za pośrednictwem przetwornika różnicy ciśnień dP. Na wylocie znajduje się ponadto przetwornik ciśnienia P_out. Zestaw kapilar umieszczony jest w obudowie o połączonej z przetwornikiem temperatury T. Ponadto wyjścia przetworników ciśnień dP, P_out oraz temperatury T połączone są z mikroproPL 215 527 B1 cesorowym układem przetwarzania danych y zawierającym program a zaimplementowany w mikroprocesorze służący do przetwarzania danych cząstkowych na wartość wydatku masy gazu z uwzględnieniem zarówno temperaturowych zmian właściwości gazu, jak również temperaturowych dryfów użytych w zestawie pomiarowym, układ transmisji wyniku do komputera oraz cyfrowy wyświetlacz aktualnego wyniku pomiaru.

Zakres pomiarowy przepływomierza kapilarnego zależy od zestawu równolegle połączonych kapilar, przez które przepływa strumień masy gazu. Przetworniki dP i P_oui mierzą różnicę ciśnień na końcach tego zestawu oraz ciśnienie na ich wylocie. Kapilary umieszczone są w obudowie o, która pełni rolę bufora cieplnego. Temperatura obudowy zawierającej kapilary i przetworniki ciśnienia mierzona jest przetwornikiem temperatury T Wyniki pomiarów ciśnień i temperatury są wprowadzane do mikroprocesorowego układu przetwarzania danych y. Program a wprowadzony do układu przetwarzania danych, uwzględniając wybrany zakres pomiarowy, właściwości użytych przetworników oraz właściwości rodzaju gazu, oblicza wartość wydatku masy gazu przepływającego przez przepływomierz. Rezultat tych obliczeń jest prezentowany na wyświetlaczu i/lub wysyłany do komputera wykorzystując standardowe protokoły transmisji.

Claims (1)

1. Masowy przepływomierz kapilarny, zwłaszcza do małych wydatków gazu, oparty o pomiar spadku ciśnienia na elemencie spiętrzającym stanowiącym kapilarę, znamienny tym, że jako element spiętrzający zawiera zestaw kapilar (k) połączony od strony wlotu z mechanizmem (m) łączącym poszczególne kapilary równolegle, przy czym wlot i wylot zestawu kapilar połączony jest za pośrednictwem przetwornika różnicy ciśnień (dP), a na wylocie znajduje się ponadto przetwornik ciśnienia (P_out), całość umieszczona w obudowie (a) połączonej z przetwornikiem temperatury (T), a ponadto wyjścia przetworników ciśnień (dP), (P_sut) oraz temperatury (T) połączone są z mikroprocesorowym układem przetwarzania danych (y) zawierającym program (a) zaimplementowany w mikroprocesorze służący do przetwarzania danych cząstkowych na wartość wydatku masy gazu z uwzględnieniem zarówno temperaturowych zmian właściwości gazu, jak również temperaturowych dryfów użytych w zestawie pomiarowym, układ transmisji wyniku do komputera oraz cyfrowy wyświetlacz aktualnego wyniku pomiaru.