RU2018787C1 - Method for calorimetric determination of flow rate - Google Patents

Method for calorimetric determination of flow rate Download PDF

Info

Publication number
RU2018787C1
RU2018787C1 SU4876199A RU2018787C1 RU 2018787 C1 RU2018787 C1 RU 2018787C1 SU 4876199 A SU4876199 A SU 4876199A RU 2018787 C1 RU2018787 C1 RU 2018787C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
flow
flow rate
pipeline
section
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Н. Камразе
С.М. Тимонов
Т.Г. Золенко
Original Assignee
Санкт-Петербургский технологический институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Санкт-Петербургский технологический институт filed Critical Санкт-Петербургский технологический институт
Priority to SU4876199 priority Critical patent/RU2018787C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2018787C1 publication Critical patent/RU2018787C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: method involves forming additional length of pipe without measuring flow, heating it, blowing it over with auxiliary flow, measuring temperature difference in auxiliary flow at inlet and outlet of additional pipe length, and determining measured flow rate by the formula submitted in description. EFFECT: measuring accuracy enhanced by eliminating effect of instability of mass flow rate and heat capacity of auxiliary flow. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тепловым методам измерения расхода газов, и может найти применение в производствах, использующих большое количество различных по своим свойствам газов, например в производствах интегральных схем, оптических волокон. The invention relates to measuring equipment, in particular to thermal methods for measuring gas flow, and can find application in industries using a large number of gases of various properties, for example, in the production of integrated circuits, optical fibers.

Известен калориметрический способ измерения расхода (см. а.с. N 883658, кл. G 01 F 1/68, 1981), основанный на том, что измеряемый поток нагревают и измеряют разность температур на входе и выходе измерительного участка, кроме того, весь измерительный участок обдувают вспомогательным потоком с известным расходом и теплоемкостью и измеряют разность температур вспомогательного потока на входе и выходе измерительного участка. Величину расхода измеряемого потока Gпопределяют по формуле
Gп= где Рн - мощность нагревателя;
Gв - расход вспомогательного потока;
Св, ρв - соответственно теплоемкость и плотность вспомогательного потока;
Сп, ρп - соответственно теплоемкость и плотность измеряемого потока;
Δ Tв l,Δ Tп - соответственно разность температур на входе и выходе измерительного участка вспомогательного и измеряемого потоков.A known calorimetric method for measuring flow (see A.S. N 883658, class G 01 F 1/68, 1981), based on the fact that the measured flow is heated and the temperature difference at the input and output of the measuring section is measured, in addition, the whole the measuring section is blown by an auxiliary stream with a known flow rate and heat capacity and the temperature difference of the auxiliary stream at the inlet and outlet of the measuring section is measured. The flow rate of the measured flow G p is determined by the formula
G p = where P n - heater power;
G in - flow auxiliary stream;
C in , ρ in respectively heat capacity and density of the auxiliary stream;
With p , ρ p - respectively, the heat capacity and density of the measured flow;
Δ T in l , Δ T p - respectively, the temperature difference at the input and output of the measuring section of the auxiliary and measured flows.

Недостатком известного способа является низкая точность измерения расхода, обусловленная влиянием нестабильности массового расхода и теплоемкости вспомогательного потока и неконтролируемых тепловых потерь датчика на величину измеряемого расхода. The disadvantage of this method is the low accuracy of the flow measurement, due to the influence of the instability of the mass flow rate and the heat capacity of the auxiliary stream and uncontrolled heat loss of the sensor on the measured flow rate.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранения влияния нестабильности массового расхода, теплоемкости вспомогательного потока, а также за счет уменьшения влияния тепловых потерь датчика. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by eliminating the influence of instability of the mass flow rate, heat capacity of the auxiliary stream, as well as by reducing the influence of heat loss of the sensor.

С этой целью в калориметрическом способе измерения расхода по а.с. N 883658 формируют дополнительный участок трубопровода без измерительного потока, нагревают его, обдувают вспомогательным потоком и измеряют разность температур вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка трубопровода, а измеряемый расход Gп определяют по формуле
Gп=

Figure 00000002
/ где Рн1 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на измерительном участке;
Рн2 - количество тепла, отдаваемое нагревателем вспомогательного потока на дополнительном участке нагрева;
Δ Тв1, Δ Тп - соответственно разность температур вспомогательного и измеряемого потоков на входе и выходе измерительного участка;
Δ Тв2 - разность температур вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка нагрева;
Сп, ρп - соответственно теплоемкость и плотность измеряемого потока.To this end, in the calorimetric method for measuring flow rate by as N 883658 form an additional section of the pipeline without a measuring stream, heat it, blow it with an auxiliary stream and measure the temperature difference of the auxiliary stream at the inlet and outlet of the additional section of the pipeline, and the measured flow rate G p is determined by the formula
G p =
Figure 00000002
/ where P n1 - the amount of heat given off by the heater in the measuring section;
P n2 - the amount of heat given off by the auxiliary flow heater in the additional heating section;
Δ T in 1 , Δ T p - respectively, the temperature difference of the auxiliary and measured flows at the input and output of the measuring section;
Δ T B2 - the temperature difference of the auxiliary stream at the inlet and outlet of the additional heating section;
With p , ρ p - respectively, the heat capacity and density of the measured flow.

Формирование дополнительного участка с нагревом трубопровода, обдуваемого вспомогательным потоком, и измерение непрерывное разности температур последнего на входе и выходе дополнительного участка позволяют полностью исключить влияние таких параметров, как расход, плотность и теплоемкость вспомогательного потока, на величину измеряемого расхода, а следовательно, увеличить точность его определения. The formation of an additional section with heating of the pipeline blown by the auxiliary stream, and the measurement of the continuous temperature difference of the latter at the inlet and outlet of the additional section completely eliminate the influence of parameters such as flow rate, density and heat capacity of the auxiliary stream on the value of the measured flow rate, and therefore increase its accuracy definitions.

На чертеже представлена схема калориметрического расходомера для осуществления предлагаемого способа. The drawing shows a diagram of a calorimetric flow meter for implementing the proposed method.

Расходомер содержит измерительную трубку 1, на которой намотан электрический нагреватель 2 и установлены термодатчики 3 и 4. Измерительный участок с нагревателем 2 заключен в рубашку 5, на входе и выходе которой размещены термодатчики 6 и 7. Рубашка 5 соединена с трубкой 8, внутри которой установлен дополнительный нагреватель 9, подключенный к источнику 10 питания последовательно с нагревателем 2. До и после нагревателя 9 по ходу вспомогательного потока установлены термодатчики 11 и 12. The flowmeter contains a measuring tube 1, on which an electric heater 2 is wound and thermal sensors 3 and 4 are installed. A measuring section with a heater 2 is enclosed in a jacket 5, at the inlet and outlet of which thermal sensors 6 and 7 are placed. A jacket 5 is connected to a tube 8, inside which is installed an additional heater 9 connected to the power source 10 in series with the heater 2. Before and after the heater 9 along the auxiliary stream, temperature sensors 11 and 12 are installed.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Измеряемый поток пропускают через измерительную трубку 1 и контролируют его температуру термодатчиками 3 и 4. Вспомогательный поток пропускают через рубашку 5 и трубку 8, контролируя его температуру на измерительном участке термодатчиками 6 и 7, а на участке дополнительном - термодатчиками 11 и 12. The measured flow is passed through the measuring tube 1 and its temperature is monitored by temperature sensors 3 and 4. The auxiliary stream is passed through the jacket 5 and tube 8, controlling its temperature in the measuring section with temperature sensors 6 and 7, and in the additional section with temperature sensors 11 and 12.

Значение измеряемого расхода Gп определяют по формуле

Figure 00000003
Figure 00000004
(1) где Сп, ρп - соответственно теплоемкость и плотность измеряемого потока;
Рн1 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на измерительном участке;
Рн2 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на дополнительном участке;
ΔТв1, Δ Тп - соответственно разность температур вспомогательного и измеряемого потока на входе и выходе измерительного участка;
ΔТв2 - разность температур вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка нагрева.The value of the measured flow rate G p is determined by the formula
Figure 00000003
Figure 00000004
(1) where C p , ρ p - respectively, the specific heat and density of the measured flow;
P n1 - the amount of heat given off by the heater in the measuring section;
P n2 - the amount of heat given off by the heater in an additional area;
ΔT v1 , Δ T p - respectively, the temperature difference of the auxiliary and measured flow at the input and output of the measuring section;
ΔT B2 - the temperature difference of the auxiliary stream at the inlet and outlet of the additional heating section.

Уравнение теплового баланса на измерительном участке должно быть записано в виде:
Рн1 = Qп + Qв1 + Qп1, (2) где Qп - количество тепла полученное измеряемым потоком;
Qв1 - количество тепла, получаемое вспомогательным потоком на измерительном участке;
Qп1 - тепловые потери в окружающую среду на измерительном участке; или
Рп1 = Gп Сп ρп ΔТп + Gв Св ρв ΔТв1 + + Qп1, (3) где Gв - расход вспомогательного потока;
Св, ρв - соответственно теплоемкость и плотность вспомогательного потока.The heat balance equation in the measuring section should be written as:
P n1 = Q p + Q b1 + Q p1 , (2) where Q p is the amount of heat received by the measured flow;
Q in1 - the amount of heat received by the auxiliary stream in the measuring section;
Q p1 - heat loss to the environment at the measuring site; or
P p1 = G p C p ρ p ΔT p + G in C to ρ in ΔT b1 + Q p1 , (3) where G in - flow rate of the auxiliary stream;
With in , ρ in respectively heat capacity and density of the auxiliary stream.

Уравнение теплового баланса на дополнительном участке нагрева запишется:
Рн2 = Qв2 + Qп2, (4) где Qв2 - количество тепла, получаемое вспомогательным потоком на дополнительном участке нагрева;
Qп2 - тепловые потери в окружающую среду на участке дополнительного нагрева; или
Рн2 = Gв Св ρв ΔТв2 + Qп2 . (5)
Преобразовав выражение (5) в виде
GвCвρв=

Figure 00000005
(6) и подставив (6) в (3), получим:
Gп=
Figure 00000006
+
Figure 00000007
(7)
Известно, что тепловые потери в окружающую среду Qп пропорциональны коэффициентам теплопередачи К, площади поверхности теплопередачи F и средней разности температур двух сред δТ, т.е.The heat balance equation for the additional heating section is written:
P n2 = Q B2 + Q P2 , (4) where Q B2 is the amount of heat received by the auxiliary stream in the additional heating section;
Q p2 - heat loss to the environment in the area of additional heating; or
P n2 = G in C in ρ in ΔT B2 + Q p2 . (5)
Transforming expression (5) as
G to C to ρ to =
Figure 00000005
(6) and substituting (6) in (3), we obtain:
G p =
Figure 00000006
+
Figure 00000007
(7)
It is known that heat losses to the environment Q p are proportional to the heat transfer coefficients K, the heat transfer surface area F and the average temperature difference of the two media δT, i.e.

Qп = kF δТ, (8) где K =

Figure 00000008
;
αв - коэффициент теплоотдачи от вспомогательного потока к рубашке;
δ - толщина рубашки;
λ - коэффициент теплопроводности материала рубашки;
αо - коэффициент теплоотдачи от рубашки в окружающую среду.Q p = kF δT, (8) where K =
Figure 00000008
;
α in - heat transfer coefficient from the auxiliary stream to the shirt;
δ is the thickness of the shirt;
λ is the coefficient of thermal conductivity of the material of the shirt;
α about - the coefficient of heat transfer from the shirt to the environment.

Приняв, что температуры вспомогательного потока на измерительном участке и на дополнительном участке изменяются по одинаковому закону, например, для участка с равномерно распределенным нагревателем, имеем для измерительного участка δT=

Figure 00000009
и для дополнительного участка нагрева δT=
Figure 00000010
. Тогда при идентичности конструктивных параметров и материалов обоих рубашек и при их размещении в одном корпусе можно записать
Qп1=kF
Figure 00000011
, (9)
Qn2= kF
Figure 00000012
. (10) Подставив выражения (9) и (10) в уравнение (7), получим формулу для расчета расхода измеряемого газа в виде:
Figure 00000013
Figure 00000014
+
Figure 00000015
(11)
В реальных условиях второе слагаемое уравнение (11) не равно нулю, но стремится к нему, так как представляет собой разность двух близких по значению величин. Поэтому можно принять, что
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
(12) В результате уравнение (11) примет вид
Figure 00000019
Figure 00000020
(13)
Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что на результаты определения расхода не влияют такие параметры, как величина расхода, плотность и теплоемкость вспомогательного потока. Кроме того, реализация предложенного способа позволяет уменьшить влияние тепловых потерь на точность измерения расхода.Assuming that the temperatures of the auxiliary flow in the measuring section and in the additional section vary according to the same law, for example, for a section with a uniformly distributed heater, we have for the measuring section δT =
Figure 00000009
and for an additional heating section δT =
Figure 00000010
. Then, if the design parameters and materials of both shirts are identical and when placed in the same case, you can write
Q n1 = kF
Figure 00000011
, (9)
Q n2 = kF
Figure 00000012
. (10) Substituting expressions (9) and (10) in equation (7), we obtain the formula for calculating the flow rate of the measured gas in the form:
Figure 00000013
Figure 00000014
+
Figure 00000015
(eleven)
In real conditions, the second term of equation (11) is not equal to zero, but tends to it, since it is the difference of two values that are close in value. Therefore, we can accept that
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
(12) As a result, equation (11) takes the form
Figure 00000019
Figure 00000020
(thirteen)
The advantages of the proposed method are that the results of determining the flow rate are not affected by such parameters as the flow rate, density and heat capacity of the auxiliary stream. In addition, the implementation of the proposed method allows to reduce the influence of heat loss on the accuracy of flow measurement.

Claims (1)

КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА, состоящий в нагреве измеряемого потока на измерительном участке трубопровода, измерении разности температур ΔTп на входе и выходе измерительного участка трубопровода, обдувании измерительного участка трубопровода вспомогательным потоком с известной плотностью ρп и теплоемкостью Cп, измерении разности температур ΔTB1 вспомогательного потока на входе и выходе измерительного участка трубопровода и обработке результатов измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, формируют дополнительный участок трубопровода без измеряемого потока, нагревают его и обдувают вспомогательным потоком, непрерывно измеряя разность температуры ΔTB2 вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка трубопровода, а при обработке результатов измерения находят значение расхода Gи по формуле
Gи=
Figure 00000021
,
где Pн1 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на измерительном участке трубопровода;
Pн2 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на дополнительном участке трубопровода.CALORIMETRIC METHOD FOR DETERMINING COSTS, consisting in heating the measured stream at the measuring section of the pipeline, measuring the temperature difference ΔT p at the inlet and outlet of the measuring section of the pipeline, blowing the measuring section of the pipeline with an auxiliary stream with a known density ρ p and specific heat C p , measuring the temperature difference ΔT B1 of the auxiliary flow at the inlet and outlet of the measuring section of the pipeline and the processing of measurement results, characterized in that, in order to improve accuracy, An additional portion of the duct measured without flow, it is heated and blown to the auxiliary flow continuously measuring the temperature difference ΔT B2 auxiliary flow inlet and outlet conduit of the secondary portion, and when processing the measurement results are, and flow rate G according to the formula
G and =
Figure 00000021
,
where P n1 - the amount of heat given off by the heater on the measuring section of the pipeline;
P n2 - the amount of heat given off by the heater in an additional section of the pipeline.
SU4876199 1990-07-27 1990-07-27 Method for calorimetric determination of flow rate RU2018787C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4876199 RU2018787C1 (en) 1990-07-27 1990-07-27 Method for calorimetric determination of flow rate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4876199 RU2018787C1 (en) 1990-07-27 1990-07-27 Method for calorimetric determination of flow rate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2018787C1 true RU2018787C1 (en) 1994-08-30

Family

ID=21541674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4876199 RU2018787C1 (en) 1990-07-27 1990-07-27 Method for calorimetric determination of flow rate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2018787C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1481598, кл. G 01F 1/68, 1987. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7971480B2 (en) Mass flow controller having a first pair of thermal sensing elements opposing a second pair of thermal sensing elements
Brundrett et al. The temperature inner-law and heat transfer for turbulent air flow in a vertical square duct
US4016759A (en) Fluid flowmeter
US3187569A (en) Mass flow meter
RU2018787C1 (en) Method for calorimetric determination of flow rate
JPS6126809A (en) Method and instrument for detecting state of sticking body in fluid pipe
US3585858A (en) Signal error compensated fluidic oscillator temperature sensors
Hall et al. Note on forced convection in a pipe having a heat flux which varies exponentially along its length
Bignell Using small sonic nozzles as secondary flow standards
Hall et al. Experimental investigation into the effect of the thermal boundary condition on heat transfer in the entrance region of a pipe
Ferreira et al. Fluid temperature compensation in a hot wire anemometer using a single sensor
JPS6421313A (en) Simultaneous measurement of flow velocity in pipe and contamination of internal surface thereof
RU2748325C2 (en) Method of measuring mass flow of gaseous substance flowing through a pipeline
Romanenko et al. Investigation on resistance and heat transfer of turbulent air flow in axisymmetrical channels with longitudinal pressure gradient
Walklate et al. Measurement and prediction of turbulence and heat transfer in the entrance region of a pipe
US4355909A (en) Temperature measurement by means of heat tubes
RU2784529C2 (en) Mass flow meter
SU1481598A2 (en) Calorimetric flow meter
RU2758778C2 (en) Apparatus for measuring the mass flow rate of gaseous media
SU1223065A1 (en) Heat flowmeter
Al-Hadithi et al. Experimental investigations of heat-flux and temperature predictions by new inverse technique
RU1789883C (en) Device for measuring heat transfer parameters
SU777439A2 (en) Heat flowmeter
SU179488A1 (en) THERMAL METHOD OF MEASURING MASS FLOW OF LIQUIDS AND GASES
SU658456A1 (en) Method of determining thermal conductivity coefficient of gases