RU1795290C

RU1795290C - Fluid flowmeter

Info

Publication number: RU1795290C
Application number: SU904888371A
Authority: RU
Inventors: Валерий Павлович Граф-тио
Original assignee: Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1993-02-15

Abstract

Использование: измерение расхода среды с переменной температурой. Сущность изобретени : в симметричном тепло- провод щем теле выполнены проточные полости, в которых размещены термочувствительные элементы, соединенные в измерительную схему. Объем каждой последующей полости (в направлении потока среды) увеличен по отношению к предыдущей на одинаковую величину дл линеаризации выходной характеристики. 2 ил,Usage: measuring the flow rate of a variable temperature medium. SUMMARY OF THE INVENTION: flowing cavities are made in a symmetric heat-conducting body, in which thermosensitive elements are placed connected to a measuring circuit. The volume of each subsequent cavity (in the direction of the medium flow) is increased in relation to the previous one by the same amount to linearize the output characteristic. 2 silt

Description

Изобретение относитс к приборостроению и предназначено дл измерени расходов газов и жидкостей с измен ющейс входной температурой потока.The invention relates to instrumentation and is intended for measuring the flow rates of gases and liquids with varying inlet flow temperature.

Известно устройство дл измерени расхода текучих сред, содержащее пр мо- ли ейный измерительный трубопровод, на внешней поверхности которого расположен нагревательный элемент. По обеим сторона нагревательного элемента на одной оси расположены термочувствительные эле- меЕрты, выполненные в виде двух обмоток, охватывающих измерительный трубопровод . Величину расхода определ ют по раз- нофти температур в измерительном трубопроводе, возникающей при движении текущей среды внутри измерительного трубопровода .A device for measuring the flow rate of fluids is known, comprising a straight measuring pipe, on the outer surface of which a heating element is located. On both sides of the heating element on the same axis are heat-sensitive elements made in the form of two windings spanning the measuring pipeline. The flow rate is determined by the difference in temperature in the measuring pipe arising from the movement of the current medium inside the measuring pipe.

Недостатки известного устройства за- клю;чаютс в том, что разность температур в измерительном трубопроводе зависит не только от расхода текучей среды, но и от ее темЬературы, а также от температуры окру- жакЬщей среды (воздуха), от изменени мощности нагревател , котора зависит отThe disadvantages of the known device include the fact that the temperature difference in the measuring pipeline depends not only on the flow rate of the fluid, but also on its temperature, as well as on the temperature of the environment (air), on the change in the power of the heater, which depends from

изменени напр жени в сети. Кроме того, зависимость между разностью температур и расходом текучей среды носит рко выраженный нелинейный характер, что снижает метрологические параметры устройства. Размещение нагревательного и измерительных элементов непосредственно на из- мерительном трубопроводе требует об зательного демонтажа всего устройства в случае выхода из стро одного-и элемен- тов. Кроме того, известное устройство требует индивидуальной градуировки каждого элемента.voltage changes in the network. In addition, the relationship between the temperature difference and the flow rate of the fluid is clearly nonlinear, which reduces the metrological parameters of the device. Placing the heating and measuring elements directly on the measuring pipeline requires mandatory dismantling of the entire device in the event of failure of one element. In addition, the known device requires individual graduation of each element.

Известно также устройство дл измерени расхода текучих сред, содержащее симметричное теплопровод щее тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на рассто нии от оси выполнено несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы, соединенные с измерительной схемой. Проточные полости имеют одинаковый диаметр, одинаковую длину и, следовательно, одинаковый объем, Термочувствительные элементы также имесоA fluid flow measuring device is also known, comprising a symmetrical heat-conducting body, along which an heater is installed, and several flow-through cavities connected in series with thermally sensitive elements connected to the measuring circuit are arranged at a distance from the axis. The flow cavities have the same diameter, the same length, and therefore the same volume. The thermosensitive elements also have

сwith

VI о ел ю о оVI o eat u o o

ют одинаковые размеры и поэтому между ними и стенками проточных полостей образуютс проточные каналы одинакового сечени , что обусловливает одинаковую скорость протекани измер емой текучей среды по этим каналам. Поэтому врем пребывани текучей среды в каждой проточной полости будет одинаковым, что приводит к одинаковому и незначительному приращению температуры нагрева среды в каждой полости и, следовательно, к снижению чувствительности устройства при повышении расхода текучей среды. Ограничение по ди- апазону измерений сопровождаетс резко нелинейной характеристикой зависимости выходного сигнала известного устройства от расхода текучей среды, что, в свою очередь , снижает его метрологические параметры .have the same dimensions and therefore between them and the walls of the flow cavities flow channels of the same cross section are formed, which leads to the same flow rate of the measured fluid through these channels. Therefore, the residence time of the fluid in each flow cavity will be the same, which leads to the same and insignificant increase in the heating temperature of the medium in each cavity and, consequently, to a decrease in the sensitivity of the device with an increase in the flow rate of the fluid. The limitation in the range of measurements is accompanied by a sharply nonlinear characteristic of the dependence of the output signal of the known device on the flow rate of the fluid, which, in turn, reduces its metrological parameters.

Задачей изобретени вл етс линеа- ризаци выходной характеристики устройства за счет увеличени времени пребывани текучей среды в проточных полост х .An object of the invention is to linearize the output characteristic of the device by increasing the residence time of the fluid in the flow cavities.

Сущность изобретени заключаетс в том, что в устройстве дл измерени расхода текучих сред, содержащем симметричное теплопроводное тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на рассто нии от оси выполнено несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы , соединенные с измерительной схемой, согласно изобретению объем каждой последующей полости увеличен по от- ношению к предыдущей на одинаковуюThe essence of the invention lies in the fact that in a device for measuring the flow of fluids containing a symmetrical heat-conducting body, along the axis of which a heater is installed, and at a distance from the axis there are several series-connected flow cavities in which heat-sensitive elements are connected connected to the measuring circuit, according to the invention, the volume of each subsequent cavity is increased in relation to the previous one by the same

величину.value.

Линеаризаци выходной характеристики устройства достигаетс за счет повышени чувствительности в верхнем пределе измерений посредством увеличени времени пребывани текучей .среды в проточных полост х и увеличени в св зи с этим разности между входной и выходной температурами измер емой жидкости. The linearization of the output characteristic of the device is achieved by increasing the sensitivity in the upper measurement limit by increasing the residence time of the fluid in the flow cavities and, therefore, increasing the difference between the inlet and outlet temperatures of the measured liquid.

На фиг. 1 показан общий вид датчика устройства в аксонометрии; на фиг. 2 - элементарна электрическа схема прибора дл измерени температурного градиента в измер емой среде.In FIG. 1 shows a perspective view of a device sensor in a perspective view; in FIG. 2 is a circuit diagram of an apparatus for measuring a temperature gradient in a medium to be measured.

Устройство дл измерени расхода текучих сред содержит симметричное тепло- лровод щее тело, играющее, роль измерительного теплопровода и представ- л ющее собой монолитный корпус 1, имею- щий форму параллелепипеда, внутри которого параллельно его центральной оси и на некотором рассто нии от нее выполнены четыре последовательно соединенные между собой цилиндрические проточныеA device for measuring fluid flow contains a symmetric thermally conductive body playing the role of a measuring heat conduit and representing a monolithic body 1 having the shape of a parallelepiped, inside of which four are made parallel to its central axis and at a certain distance from it sequentially interconnected cylindrical flow

5 10 15 5 10 15

20 twenty

25 30 35 25 30 35

40 4540 45

50fifty

55 55

полости 2, 3, 4 и 5. При этом объем каждой последующей по ходу потока жидкости проточной полости 3, 4 и 5 увеличен по сравнению с объемом предыдущей на одинаковую величину. Например, если проточна полость 2 имеет объем, составл ющий 10 см3. то последующа полость 3 имеет объем 15 см , полость 4 имеет объем на 5см больше, т.е. 20 см3, а полость 5-25 см3, т.е. на 5 см больше, чем предыдуща полость 4. В каждой проточной полости 2, 3, 4 и 5 установлены с зазором к стенкам этих полостей стандартные съемные термочувствительные элементы б, закрепленные на корпусе 1 с помощью резьбовых соединений (не показаны ). Термочувствительные элементы 6 вл ютс термосопротивлени ми. Полость 2 снабжена входным патрубком 7, а полость 5 - выходным патрубком 8 дл подвода и отвода измер емой текучей среды. Вдоль центральной оси корпуса 1 в отверстии 9 установлен нагревательный элемент 10, в качестве которого может быть использован электронагревательный элемент стандартного типа. Термочувствительные элементы 6 имеют электрические сопротивлени RI, R2, Нз, R4 и включены в измерительную схему четырехкатушечного логометра, содержащего четыре измерительные обмотки WLcavities 2, 3, 4 and 5. In this case, the volume of each subsequent flowing cavity of the flow cavity 3, 4 and 5 is increased in comparison with the previous volume by the same amount. For example, if the flow chamber 2 has a volume of 10 cm3. then the subsequent cavity 3 has a volume of 15 cm, cavity 4 has a volume of 5 cm more, i.e. 20 cm3, and the cavity 5-25 cm3, i.e. 5 cm larger than the previous cavity 4. In each flow cavity 2, 3, 4, and 5, standard removable heat-sensitive elements b are mounted with a gap to the walls of these cavities, mounted on the housing 1 using threaded connections (not shown). The thermosensitive elements 6 are thermoresistors. The cavity 2 is provided with an inlet pipe 7 and the cavity 5 with an outlet pipe 8 for supplying and discharging a measured fluid. Along the central axis of the housing 1, a heating element 10 is installed in the hole 9, which can be used as a standard type electric heating element. The thermosensitive elements 6 have electrical resistances RI, R2, H3, R4 and are included in the measuring circuit of a four-coil logometer containing four measuring windings WL

W2, W3, W4 (СМ. фИГ. 2).W2, W3, W4 (SEE FIG. 2).

Логометрическа измерительна схема запитана от посто нного источника питани , а нагреватель 10 может питатьс от латора переменным током.The ratiometric measurement circuit is powered from a constant power source, and the heater 10 can be powered by an alternating current from the lator.

Перед началом измерений расхода текучей среды производитс прогрев корпуса 1 путем включени его нагревател 10 в сеть при заполненных проточных полост х 2, 3, 4 и 5 измер емой текучей средой. В ходе прогрева измерительного теплопровода - корпуса 1 температура в нем стабилизируетс , т.е. распредел етс равномерно и симметрично относительно нагревател 10 и измерительных термочувствительных элементов 6. При этом по мере стабилизации температурного пол в корпусе 1 стабилизируютс температура и в жидкости, наход щейс в проточных полост х 2, 3, 4 и 5. Окончание прогрева датчика в целом будет характеризоватьс равенством электрических сопротивлений термочувствительных элементов 6. При этом вектор суммарного теплового пол по отношению к тепловому полю корпуса 1 не имеет определенной направленности, что приводит к равенству токов, протекающих через катушки логометра Wi, Л/2, Л/з, Л/4. Формирующее магнитное поле в логометре при этом отсутствует , т.е. вектор магнитного потока равен нулю и, следовательно, стрелка логометраBefore starting the measurement of the flow rate of the fluid, the housing 1 is heated by turning its heater 10 into the network with filled flow cavities 2, 3, 4, and 5 of the measured fluid. During heating of the measuring heat conduit - housing 1, the temperature in it stabilizes, i.e. is distributed evenly and symmetrically with respect to the heater 10 and the measuring thermosensitive elements 6. In this case, as the temperature field stabilizes in the housing 1, the temperature in the liquid located in the flow cavities 2, 3, 4 and 5 also stabilizes. characterized by the equality of the electrical resistances of the thermosensitive elements 6. In this case, the vector of the total thermal field with respect to the thermal field of the housing 1 does not have a certain directivity, which leads to wu currents flowing through the coils of the logometer Wi, L / 2, L / s, L / 4. The forming magnetic field in the logometer is absent, i.e. the magnetic flux vector is zero and therefore the arrow of the logometer

будет находитьс в левой нулевой части шкалы, около посто нного магнита.will be in the left zero part of the scale, near the permanent magnet.

Работа прибора происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.

Измер ема среда поступает в патрубок 7 и вытекает через патрубок 8. При движении текучей среды вдоль последовательно соединенных проточных полостей 2, И, 4 и 5 происходит ее нагрев. Ввиду того, что объем каждой последующей по ходу Движени потока среды проточной полости 3, 4 и 5 увеличен, врем пребывани частиц Среды в каждой последующей полости уве- л ичиваетс , что приводит к разной степени Нагревани среды. В полости 2, имеющей наименьший объем, происходит наиболее б;ыстрое изменение температуры среды, Протекающей в этой полости, в сторону ее уменьшени . Этим объ сн етс резкое по- в;ышение чувствительности прибора..в.-на- Цальной области диапазона измерений расхода текучей среды. В полости 5, имеющей максимальный рабочий объем, измене- н|ие температуры протекающей через нее тЬкучей среды происходит .при значитель- н|ых расходах среды по сравнению с температурой в полости 2. Таким образом, Главное нарастание объемов проточных подсетей значительно расшир ет диапазон Измерени расходов, что в свою очередь линеаризует градуировочную характери- с;тику расходомера. Резка разница в степе- йи нагрева среды в проточных полост х 3,4, и 5 создает значительный градиент температуры , который фиксируетс измерительной схемой, в состав которой вход т измерительные элементы 6. Перераспределение токов в элементах 6 формирует в логометреThe measured medium enters the nozzle 7 and flows out through the nozzle 8. When the fluid moves along the flow cavities 2, I, 4, and 5 connected in series, it is heated. Due to the fact that the volume of each subsequent along the fluid flow path of the flow cavity 3, 4 and 5 is increased, the residence time of the particles of the medium in each subsequent cavity is increased, which leads to a different degree of heating of the medium. In cavity 2, which has the smallest volume, the most b occurs; a rapid change in the temperature of the medium flowing in this cavity in the direction of its decrease. This explains the sharp increase in the sensitivity of the instrument ... in the entire range of the fluid flow measurement. In a cavity 5 having a maximum working volume, a change in the temperature of the fluid flowing through it occurs. At a significant flow rate of the medium compared with the temperature in the cavity 2. Thus, the main increase in the volume of flowing subnets significantly expands the range Measurement of flow rates, which in turn linearizes the calibration characteristic of the flowmeter. The sharp difference in the degree of heating of the medium in the flow cavities is 3.4, and 5 creates a significant temperature gradient, which is fixed by the measuring circuit, which includes the measuring elements 6. The redistribution of currents in the elements 6 forms in the logometer

соответствующее магнитное поле, угол поворота которого однозначно св зан с углом поворота теплового пол в измерительном теплопроводе и,соответственно,теплового пол в проточных полост х 2, 3, 4 и 5.a corresponding magnetic field whose rotation angle is uniquely related to the angle of rotation of the thermal field in the measuring heat conduit and, accordingly, of the thermal field in flowing cavities 2, 3, 4, and 5.

При изменении температурного пол в корпусе 1 по причине изменени температуры входного потока измер емой сдеды или от изменени внешней температуры, т.е.When the temperature field in the housing 1 changes due to a change in the temperature of the input stream of the measured supply or from a change in the external temperature, i.e.

температуры окружающего воздуха, измен етс и модуль температурного пол и в проточных полост х 2, 3, 4 и 5, однако при этом угол поворота этого пол остаетс неизменным , а следовательно, изменение выше перечисленных параметров не сказываетс на точности измерени расхода в целом. Изменение напр жени , питающего измерительную схему, не приводит к изменени м показаний логометра, так какambient temperature, the modulus of the temperature field and in the flow cavities 2, 3, 4 and 5 also changes, however, the angle of rotation of this field remains unchanged, and therefore, a change in the above parameters does not affect the accuracy of the flow measurement in general. A change in the voltage supplying the measuring circuit does not lead to changes in the readings of the logometer, since

при этом измен ютс токи в катушках лого- метра, но угол поворота магнитного пол от этого не мен етс . Благодар высокой разности между входной и выходной температурами измер емой среды предложенноеin this case, the currents in the coils of the logometer change, but the angle of rotation of the magnetic field does not change from this. Due to the high difference between the inlet and outlet temperatures of the medium, the proposed

устройство имеет высокую чувствительность в более широком диапазоне измерений , что позвол ет линеаризировать его выходную характеристику и, следовательно, повысить его метрологические параметры.the device has high sensitivity in a wider measurement range, which allows linearizing its output characteristic and, therefore, increasing its metrological parameters.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и FORMULA AND ZOBRETE N and

Устройство дл измерени расхода те- кучих Сред, содержащее симметричное теп- л|опровод щее тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на рассто нии от с|си выполнены несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы , соединенные с измерительной схемой , отличающеес тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики устройства; объем каждой последующей полости увеличен по отношению к предыдущей на одинаковую величину.A device for measuring the flow of fluid containing a symmetrical heat conducting body along the axis of which a heater is installed, and several flow-through cavities connected in series with thermally sensitive elements connected to the measuring circuit are located at a distance from the c | characterized in that, for the purpose of linearizing the output characteristic of the device; the volume of each subsequent cavity is increased in relation to the previous one by the same amount.