RU2121663C1

RU2121663C1 - Method of dynamic measurement of liquid mass flow rate and device intended for its realization

Info

Publication number: RU2121663C1
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Стефанов
Original assignee: Николай Иванович Стефанов
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: preset volume of liquid is changed till required mass is obtained by value of volumetric variation due to thermal volumetric expansion of liquid relative to temperature under normal conditions. Device intended for method realization has volume meter and thermocorrector connected to it and made as cylinder with closed ends. Auxiliary cylinder with temperature transducer is mounted in one of ends. Cylinder is coupled to body which houses disc slide valve. Cylinder accommodates limiter, spring-loaded piston coupled by rocker to crank shaft positioned on volume meter axle. Piston-rest mounted for axial displacement between piston and temperature transducer is also installed inside cylinder. EFFECT: enhanced accuracy of measurements. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения расхода жидкости в нефтехимической промышленности. The invention relates to measuring equipment and can be used, in particular, for measuring fluid flow in the petrochemical industry.

Известен динамический объемно-массовый способ измерения жидкости, включающий определение объема, отдельный замер действительной температуры жидкости, вычисление коэффициента теплового расширения и массы жидкости [1]. Known dynamic volumetric-mass method of measuring liquid, including determining the volume, a separate measurement of the actual temperature of the liquid, the calculation of the coefficient of thermal expansion and mass of the liquid [1].

Однако, данный способ отличается сложностью в осуществлении и при использовании. However, this method is difficult to implement and to use.

Известен также объемно-массовый динамический способ измерения жидкости, включающий измерения количества жидкости в единицах объема, коррекцию на изменение температуры посредством преобразователя, воздействующего на механизм, изменяющего передаточное число между осью подвижного элемента и счетного механизма [2]. Also known is the volume-mass dynamic method of measuring liquid, including measuring the amount of liquid in volume units, correcting for a temperature change by means of a converter acting on a mechanism that changes the gear ratio between the axis of the movable element and the counting mechanism [2].

Однако, данный способ требует дополнительной настройки, учитывающей значение коэффициента объемного расширения измеряемой жидкости, что представляет неудобства в эксплуатации. However, this method requires additional settings, taking into account the value of the coefficient of volume expansion of the measured liquid, which is inconvenient in operation.

Известно устройство, содержащее измеритель объема, датчик действительной температуры, электронно-вычислительную машину, систему автоматической компенсации температуры [1]. A device containing a volume meter, a sensor of the actual temperature, an electronic computer, a system of automatic temperature compensation [1].

Данное устройство отличается сложностью в изготовлении и при его эксплуатации. This device is difficult to manufacture and its operation.

Известно также устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус с цилиндрами и с размещенными в них поршнями, кривошипно-кулисный механизм, кривошипный вал, золотник, подводящий и отводящий патрубки и регулировочный упор [3]. There is also known a device for measuring fluid flow, comprising a housing with cylinders and with pistons placed in them, a crank-link mechanism, a crank shaft, a spool, inlet and outlet pipes and an adjusting stop [3].

Однако данное устройство при измерении массового расхода имеет значительные погрешности, связанные с температурными изменениями плотности. However, this device when measuring mass flow has significant errors associated with temperature changes in density.

Целью изобретения является упрощение способа динамического измерения массового расхода жидкости и устройства для его реализации, а также повышение точности. The aim of the invention is to simplify the method of dynamically measuring the mass flow rate of a liquid and a device for its implementation, as well as improving accuracy.

Указанная цель достигается тем, что в способе динамического измерения массового расхода жидкости, включающем измерение объема и температуры жидкости и последующее вычисление массового расхода, определенный объем жидкости изменяют до достижения заданной массы на величину объемного изменения за счет теплового объемного расширения жидкости относительно температуры при нормальных условиях. This goal is achieved by the fact that in the method for dynamically measuring the mass flow rate of a liquid, including measuring the volume and temperature of the liquid and then calculating the mass flow rate, a certain volume of liquid is changed to achieve a given mass by the amount of volume change due to thermal volume expansion of the liquid relative to temperature under normal conditions.

Указанная цель достигается также и тем, что в устройство для динамического измерения массового расхода жидкости, содержащее объемомер, соединенный осью со счетным механизмом, и преобразователь температуры, выполненный в виде сильфона, введен соединенный с выходным отверстием объемомера посредством отрезка трубопровода термокорректор, выполненный в виде цилиндра с закрытыми торцами, в один из которых вмонтирован дополнительный цилиндр с преобразователем температуры, и соединенного с ним корпуса с входным и выходным отверстиями и с установленными внутри него вдоль оси объемомера дисковым золотником и уплотнителем, размещенным между золотником и выходным отверстием корпуса, при этом внутри цилиндра размещены упор, подпружиненный поршень, соединенный кулисой с кривошипным валом, сидящим на оси объемомера, и поршень-упор, установленный с возможностью осевого перемещения между подпружиненным поршнем и термопреобразователем дополнительного цилиндра, противоположный торец которого закрыт, в стенке цилиндра между подпоршневым пространством и золотником выполнен сквозной канал, совпадающий с двумя диаметрально противоположными входными отверстиями каналов золотника, примыкающими к стенке цилиндра, причем один из каналов золотника соединен с выходным отверстием корпуса. This goal is also achieved by the fact that in the device for dynamic measurement of the mass flow rate of the liquid, containing a volume meter connected by an axis to the counting mechanism, and a temperature transducer made in the form of a bellows, a thermal corrector made in the form of a cylinder is connected to the outlet of the volume meter by means of a pipe section with closed ends, in one of which an additional cylinder with a temperature converter is mounted, and a housing connected to it with inlet and outlet openings and with a mounted inside it along the axis of the displacement disk spool and seal located between the spool and the outlet of the housing, while inside the cylinder there is a stop, a spring-loaded piston connected by a link to the crank shaft sitting on the axis of the volume meter, and a piston-stop mounted with the possibility of axial movement between the spring-loaded piston and the thermal converter of the additional cylinder, the opposite end of which is closed, in the cylinder wall between the under-piston space and the spool a channel coinciding with two diametrically opposite inlet openings of the spool channels adjacent to the cylinder wall, one of the spool channels being connected to the outlet of the housing.

На чертеже представлена схема устройства для динамического измерения массового расхода жидкости. The drawing shows a diagram of a device for dynamically measuring the mass flow rate of a liquid.

Устройство состоит из корпуса 1 и термокорректора, выполненного в виде цилиндра 2, в котором установлен поршень 3, кривошипно-кулисного механизма, содержащего кулису 4 и кривошипный вал 5. Цилиндр 2 снабжен ограничителем-упором 6. На кривошипном валу 5 закреплен дисковый золотник 7, перекрывающий окна корпуса 1. Впускная и выпускная полости дискового золотника 7 разделены уплотнением 8 золотника. The device consists of a housing 1 and a temperature corrector made in the form of a cylinder 2, in which a piston 3 is mounted, a crank mechanism, comprising a link 4 and a crank shaft 5. The cylinder 2 is equipped with a stop-stop 6. A disk slide 7 is fixed to the crank shaft 5, blocking the windows of the housing 1. The inlet and outlet cavities of the disc spool 7 are separated by a spool seal 8.

В крышке 9 цилиндра 2 установлен дополнительный цилиндр 10, в котором установлен с возможностью осевого перемещения поршень-упор 11, образуя при этом с торцовой стенкой 12 замкнутую полость изменяемого объема, заполненную измеряемой жидкостью с выполнением условия равенства отношений массы измеряемой порции к площади поршня 3 и массы жидкости в полости изменяемого объема к площади поршня-упора. An additional cylinder 10 is installed in the cover 9 of the cylinder 2, in which the piston-stop 11 is mounted axially movable, thereby forming a closed cavity of variable volume filled with the measured liquid with the end wall 12, satisfying the condition of equality of the ratios of the mass of the measured portion to the area of the piston 3 and the mass of fluid in the cavity of the variable volume to the area of the piston-stop.

Соединение кулисы 4 с поршнем 3 выполнено посредством механизма свободного хода, состоящего из неподвижно закрепленной на поршне 3 втулки 13 с пружиной 14. The connection of the wings 4 with the piston 3 is made by means of a freewheel mechanism, consisting of a sleeve 13 fixed to the piston 3 of the sleeve 13 with a spring 14.

Кривошипный вал 5 соединен с аналогичным валом 15 объемомера 16, что обеспечивает синхронизацию измерения массы с измерением объема жидкости. The crank shaft 5 is connected to a similar shaft 15 of the volume meter 16, which ensures synchronization of the mass measurement with the measurement of the volume of liquid.

Входная полость корпуса 1 снабжена отводящим измеренной по массе жидкости патрубком 17 и патрубком 18 для отвода излишней части. The input cavity of the housing 1 is equipped with a branch pipe 17 measured by the mass of liquid and a pipe 18 for removing the excess part.

Для динамического измерения массы легколетучих жидкостей, например сжиженных газов, полость изменяемого объема может быть выполнена в виде герметичного сильфона, прикрепленного к поршню-упору и к торцовой стенке цилиндра. For dynamic measurement of the mass of volatile liquids, such as liquefied gases, the cavity of the variable volume can be made in the form of a sealed bellows attached to the piston-stop and to the end wall of the cylinder.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Измеренная объемомером 16 жидкость подается через впускную полость дискового золотника 7 и каналы в корпусе 1 и перемещает поршень 3 возвратно-поступательно. Движение поршня 3 преобразуется посредством кривошипно-кулисного механизма во вращательное движение кривошипного вала 5. Движение поршня 3 ограничивается в одном крайнем положении ограничителем 6, а в другом - поршнем-упором 11 посредством механизма свободного хода. Кулиса 4 перемещается по втулке 13, сжимая пружину 14. Зафиксированный на кривошипном валу 5 дисковый золотник 7 переключает полости цилиндра 2 к соответствующим магистралям счетчика /вход-выход/. The liquid measured by the volume meter 16 is supplied through the inlet cavity of the disk spool 7 and the channels in the housing 1 and moves the piston 3 back and forth. The movement of the piston 3 is converted by means of the crank-link mechanism into the rotational movement of the crank shaft 5. The movement of the piston 3 is limited in one extreme position by the limiter 6, and in the other by the stop piston 11 by means of the free-wheeling mechanism. The link 4 moves along the sleeve 13, compressing the spring 14. The disk spool 7 fixed on the crank shaft 5 switches the cavity of the cylinder 2 to the corresponding meter lines / input-output /.

Вытесняемая поршнем 3 жидкость через каналы в корпусе 1, выходную полость золотника 7 и через патрубок 18 выходит из счетчика и является излишней частью, а доведенная до требуемой массы жидкость отводится через патрубок 17. Для изолирования входной и выходной магистрали между корпусом 1 и дисковым золотником 7 установлено уплотнение 8 золотника. The fluid displaced by the piston 3 through the channels in the housing 1, the outlet cavity of the spool 7 and through the pipe 18 exits the meter and is an excessive part, and the fluid brought to the required mass is discharged through the pipe 17. To isolate the input and output lines between the housing 1 and the disk valve 7 spool seal 8 installed.

Синхронизированное вращение кривошипного вала 5 за счет соединения его с аналогичным валом 15 объемомера 16 обеспечивает отвод излишней части жидкости на каждую измеренную объемомером 16 порцию жидкости. The synchronized rotation of the crank shaft 5 by connecting it to a similar shaft 15 of the volume meter 16 provides the removal of the excess part of the liquid for each portion of the liquid measured by the volume meter 16.

При температурном изменении плотности жидкости, например при уменьшении, измеряемая объемомером 16 масса порции жидкости уменьшится, а объем жидкости в полости, ограниченной поршнем-упором 11, цилиндром 10 и его торцовой стенкой 12, увеличится на эквивалентную величину. With a temperature change in the density of the liquid, for example, when decreasing, the mass of a portion of liquid measured by the volume meter 16 will decrease, and the volume of liquid in the cavity bounded by the piston-stop 11, the cylinder 10 and its end wall 12 will increase by an equivalent amount.

При этом поршень-упор 11 переместится и уменьшит рабочий объем поршня 3 и соответственно уменьшится объем, отводящий порции жидкости на вышеупомянутую эквивалентную величину, что и обеспечивает измерение постоянной массы порции жидкости. In this case, the piston-stop 11 will move and reduce the working volume of the piston 3 and, accordingly, the volume diverting portions of the liquid by the aforementioned equivalent amount will decrease, which ensures measurement of the constant mass of the portion of the liquid.

При температурном увеличении плотности жидкости обеспечение постоянной массы измеряемой порции жидкости обеспечивается в обратном порядке. With a temperature increase in the density of the liquid, a constant mass of the measured portion of the liquid is provided in the reverse order.

Регулировка устройства осуществляется за счет подвижного крепления ограничителя 6 и цилиндра 10, а также существующей регулировкой объемомера 16. The adjustment of the device is carried out due to the movable fastening of the limiter 6 and cylinder 10, as well as the existing adjustment of the volume meter 16.

Claims

1. A method for dynamically measuring the mass flow rate of a liquid, including measuring the volume and temperature of the liquid, followed by calculating the mass flow rate, characterized in that a certain volume of liquid is changed to achieve a given mass by the amount of its volume change due to thermal volume expansion of the liquid relative to temperature under normal conditions.

2. A device for dynamically measuring the mass flow rate of a liquid, comprising a volume meter connected by an axis to a counting mechanism, and a temperature transducer made in the form of a bellows, characterized in that a temperature corrector made in the form of a cylinder with a pipe connected to the outlet of the volume meter is inserted into it closed ends, in one of which an additional cylinder with a temperature converter is mounted, and a body connected to it with inlet and outlet openings and with installed wipe it along the axis of the volume with a disk spool and a seal located between the valve and the outlet of the housing, while inside the cylinder there is a stop, a spring-loaded piston connected by a link to the crank shaft sitting on the axis of the volume, and a piston-stop mounted with the possibility of axial movement between a spring-loaded piston and a thermal converter of an additional cylinder, the opposite end of which is closed, a through channel is made in the cylinder wall between the piston space and the spool, matching giving two diametrically opposed inlets slide channel adjacent to the wall of the cylinder, wherein one of the channels of the spool is connected to the outlet of the housing.