RU2047099C1

RU2047099C1 - Method of determination of flow rate of liquid or gas

Info

Publication number: RU2047099C1
Application number: RU92012277A
Authority: RU
Inventors: А.А. Кубасов
Original assignee: Научно-исследовательский институт механики МГУ им.М.В.Ломоносова
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: testing technology. SUBSTANCE: method consists in introducing a mark in flow of liquid under test in form of magnetic liquid drop and measuring the time interval during which mark covers fixed distance by change of magnetic flux in measuring sections. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в химической промышленности. The invention relates to instrumentation and may find application in the chemical industry.

Известен способ измерения расхода, по которому в поток измеряемого вещества вводят магнитную частицу в виде стального шарика и измеряют время прохождения им фиксированного расстояния [1]
Недостатками известного способа являются ограничение по измеряемой скорости и невозможность применения для измерения расхода химически агрессивных сред.A known method of measuring the flow rate, according to which a magnetic particle in the form of a steel ball is introduced into the flow of the measured substance and the time it takes to travel a fixed distance is measured [1]
The disadvantages of this method are the limitation on the measured speed and the inability to use to measure the flow rate of chemically aggressive environments.

Ближайшим аналогом изобретения является меточный способ измерения расхода, по которому в поток вводят метку, обладающую свойством не смешиваться с измеряемой средой, детектируют момент прохождения меткой контрольных сечений и определяют интервал времени, за которое метка проходит фиксированное расстояние [2]
Недостатком этого способа является неприменимость в агрессивных средах.The closest analogue of the invention is a labeling method for measuring the flow rate, according to which a label with the property of not mixing with the medium being measured is introduced into the stream, the moment the label passes through the control sections is detected and the time interval for which the label passes a fixed distance is determined [2]
The disadvantage of this method is the inapplicability in aggressive environments.

Техническим результатом от использования изобретения является расширение диапазона измеряемых сред и расходов. The technical result from the use of the invention is to expand the range of measured environments and costs.

Это достигается тем, что по способу, по которому в поток вводят метку и измеряют интервал времени t_n, за который метка проходит с потоком фиксированное расстояние между двумя поперечными сечениями потока, а величину расхода определяют по формуле Q f/t_n, где f пересчетная функция, в качестве материала метки используют магнитную жидкость, а момент прохождения меткой поперечного сечения потока определяют по изменению магнитного потока в сечении.This is achieved by the fact that according to the method by which a mark is introduced into the stream and the time interval t _{n is} measured, during which the mark passes with the stream a fixed distance between the two cross sections of the stream, and the flow rate is determined by the formula Q f / t _n , where f is recalculated function, magnetic fluid is used as the label material, and the moment the label crosses the cross section of the flux is determined by the change in magnetic flux in the cross section.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа с одним детектором; на фиг. 2 с двумя детекторами. In FIG. 1 presents a diagram of the implementation of the method with one detector; in FIG. 2 with two detectors.

С помощью инжектора 1 в измерительный канал 2 вводится порция магнитной жидкости и измеряется время t_n, за которое образовавшаяся метка потока проходит расстояние между двумя поперечными сечениями (от инжектора 1 до регистрирующего элемента 3, фиг. 1, или между двумя измерительными элементами 3 и 4, фиг. 2). Далее по величине t_n вычисляют величину расхода Q из соотношения Q f (t_n), где f пересчетная функция, определяемая посредством калибровки по эталонному способу определения расхода.Using an injector 1, a portion of magnetic fluid is introduced into the measuring channel 2 and the time t _n is measured, during which the resulting flow mark passes the distance between two cross sections (from injector 1 to recording element 3, Fig. 1, or between two measuring elements 3 and 4 , Fig. 2). Then, according to the value of t _n , the flow rate Q is calculated from the relation Q f (t _n ), where f is the recalculation function determined by calibration using the standard method for determining the flow rate.

Поскольку магнитная жидкость представляет собой коллоидную систему, состоящую из мелких (порядка 100

) частиц магнетика, диспергированных в жидкости-носителе, выбором соответствующей жидкости-носителя (химически нейтральной по отношению к жидкости измеряемого потока) устраняется химическое взаимодействие магнитной метки (капли магнитной жидкости) с потоком. Таким образом, жидкость-носитель защищает магнитные частицы от разрушения.Since magnetic fluid is a colloidal system consisting of small (about 100

) magnetic particles dispersed in a carrier fluid, by choosing the appropriate carrier fluid (chemically neutral with respect to the fluid of the measured flux), the chemical interaction of the magnetic mark (droplets of magnetic fluid) with the flux is eliminated. Thus, the carrier fluid protects the magnetic particles from destruction.

Поскольку объем капли магнитной жидкости равен сумме объемов ее составных частей, для плотности ρ_f магнитной жидкости можно записать соотношение
ρ_f ρ₁φ + ρ₂ (1 φ), где φ объемное содержание магнетика в магнитной жидкости. Варьируя величины φ и ρ₂, можно изготавливать магнитные жидкости с различной плотностью ρ_f, значения ρ_f могут лежать в диапазоне от 0,873 до 2,05 г/см³, т. е. как превышать, так и быть меньше плотности воды. Таким образом, подбором плотности соответствующей магнитной жидкости можно добиться равенства плотностей метки (капли магнитной жидкости) и жидкости потока. Скорость оседания магнитной метки равна нулю, и метка действительно перемещается вместе с потоком, так как магнитная метка обладает нейтральной плавучестью и может находиться в потоке во взвешенном состоянии сколь угодно долго.Since the volume of a drop of magnetic fluid is equal to the sum of the volumes of its component parts, for the density ρ _{f of} magnetic fluid, we can write the relation
ρ _f ρ ₁ φ + ρ ₂ (1 φ), where φ is the volume content of the magnet in the magnetic fluid. By varying the values ρ and φ _2, can be made magnetic fluids with different density ρ _f, ρ _f values can range from 0.873 to 2.05 g / cm ^3, v. E. Both exceed or be less than the density of water. Thus, by selecting the density of the corresponding magnetic fluid, it is possible to achieve the equality of the label densities (drops of magnetic fluid) and the flux flux. The settling speed of the magnetic mark is zero, and the mark actually moves with the flow, since the magnetic mark has neutral buoyancy and can be in the stream in suspended state for any length of time.

Магнитные жидкости представляют собой суспензии мелких магнитных частиц, диспергированных в жидкости-носителе, поэтому для их регистрации применяются, как правило, магнитные измерения намагниченности, магнитной восприимчивости среды. В качестве такого измерительного устройства можно использовать катушку индуктивности, намотанную на измерительный канал. Прохождение метки (капли магнитной жидкости) внутри катушки вызывает изменение ее индуктивности, которое можно измерить либо мостовым способом, либо если катушка индуктивности является частью LC-контура генератора синусоидального сигнала, по изменению частоты генератора. Сигналы с датчиков магнитной метки далее поступают на устройство измерения промежутка времени. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает измерение расхода потока. Magnetic fluids are suspensions of small magnetic particles dispersed in a carrier fluid; therefore, magnetic measurements of the magnetization and magnetic susceptibility of a medium are usually used to record them. As such a measuring device, an inductor wound around the measuring channel can be used. The passage of a mark (droplets of magnetic fluid) inside the coil causes a change in its inductance, which can be measured either by the bridge method, or if the inductor is part of the LC circuit of the sinusoidal signal generator, by changing the frequency of the generator. The signals from the magnetic mark sensors are then sent to a time lapse measuring device. Thus, the proposed method provides a measurement of flow rate.

Средняя скорость потока V_c связана со скоростью движения метки посредством коэффициента, определяемого профилем скорости потока (распределением скорости потока по сечению). Как известно, профиль скорости зависит как от характера течения ламинарного или турбулентного (что определяется числом Re), так и геометрии трубопровода (наличие местных сопротивлений может приводить к нарушению симметрии потока). В связи с этим возникает необходимость в калибровке устройства, в котором реализуется заявляемый способ, по эталонному способу измерения расхода.The average flow velocity V _c is associated with the speed of the mark by means of a coefficient determined by the flow velocity profile (distribution of the flow velocity over the cross section). As you know, the velocity profile depends both on the nature of the laminar or turbulent flow (which is determined by the number Re) and the geometry of the pipeline (the presence of local resistances can lead to a violation of the flow symmetry). In this regard, there is a need to calibrate the device, which implements the inventive method, according to the reference method of measuring flow.

К достоинствам способа относятся обеспечение измерения расхода широкого класса жидкостей и газов (как оптически прозрачных, та к и нет, ионизированных газов с различными химическими свойствами), бесконтактный способ измерения, а также то, что вещество метки не загрязняет измеряемый поток, так как магнитная жидкость легко удаляется из потока магнитными ловушками. The advantages of the method include the provision of measuring the flow rate of a wide class of liquids and gases (both optically transparent and non-ionized gases with various chemical properties), a non-contact measurement method, and the fact that the label substance does not contaminate the measured flow, since magnetic fluid easily removed from the stream by magnetic traps.

Claims

METHOD FOR DETERMINING THE FLOW OF A LIQUID OR GAS FLOW, in which a mark is introduced in the flow and the time interval for which the mark passes with the flow a fixed distance between the two cross sections of the flow and the flow rate is determined by the formula Q f (t _n ), where f is the conversion function , characterized in that the magnetic material is used as the label material, and the moment of passage of the cross section of the flow is determined by the change in magnetic flux in the section.