RU2152593C1 - Flow-rate measurement method - Google Patents
Flow-rate measurement method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152593C1 RU2152593C1 RU97120140A RU97120140A RU2152593C1 RU 2152593 C1 RU2152593 C1 RU 2152593C1 RU 97120140 A RU97120140 A RU 97120140A RU 97120140 A RU97120140 A RU 97120140A RU 2152593 C1 RU2152593 C1 RU 2152593C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- flow rate
- medium
- label
- heater
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к способам измерения расхода потоков веществ. The invention relates to the field of instrumentation, in particular to methods for measuring the flow of substances.
Среди тепловых способов измерения расхода различают контактный (калориметрический) и неконтактный (термоконвективный) способы измерения. Достоинством обеих способов является возможность измерения массового расхода при условии неизменности теплоемкости измеряемого вещества. Еще одно достоинство термоконвективных расходомеров - отсутствие контакта с измеряемым веществом. Недостаток тех и других - большая инерционность. Для повышения быстродействия используют различные методы, один из которых меточный. Among thermal methods for measuring flow, contact (calorimetric) and non-contact (thermoconvective) methods of measurement are distinguished. The advantage of both methods is the ability to measure mass flow, provided that the heat capacity of the measured substance is constant. Another advantage of thermoconvective flow meters is the lack of contact with the measured substance. The disadvantage of both is the large inertia. To improve performance, various methods are used, one of which is tagged.
Известные неконтактные способы измерения скоростей и расходов потоков жидкостей и газов основаны на измерении времени переноса тепловой метки между двумя сечениями измерительного участка, в которых производится регистрация метки /Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1989. - 701 с./. Known non-contact methods for measuring the velocities and flow rates of liquids and gases are based on measuring the transfer time of the heat mark between two sections of the measuring section in which the mark is recorded / Kremlevsky P.P. Flow meters and quantity counters. L., Mechanical Engineering, 1989 .-- 701 p. /.
Наиболее близким по своей методике является неконтактный способ измерения расхода потоков на основе тепловых меток, в котором с целью введения коррекции по составу контролируемой среды и определения массового расхода дополнительно измеряют скорость охлаждения метки /Авторское свидетельство СССР N 832341, кл. G 01 F 1/70, (прототип)/. The closest in its methodology is a non-contact way of measuring flow rates based on heat marks, in which, in order to introduce corrections on the composition of the controlled medium and determine the mass flow rate, the mark cooling rate is additionally measured / USSR Copyright Certificate N 832341, class. G 01 F 1/70, (prototype) /.
Основным недостатком указанного неконтактного способа является ограниченная точность, обусловленная следующими факторами. The main disadvantage of this non-contact method is the limited accuracy due to the following factors.
1. Однозначная зависимость между скоростью (темпом) регулярного охлаждения метки в процессе переноса ее потоком с величиной коэффициента температуропроводности (αc) измеряемой среды имеет место только при отсутствии теплопотерь в окружающую измерительный преобразователь расходомера внешнюю среду или при постоянстве их. В реальных условиях, при измерении расхода неконтактным тепловым методом теплопотерь в окружающую среду практически избежать не удается, кроме того их величина зависит от расхода, что и приводит к увеличению погрешности измерения величины αc, а следовательно, к снижению точности определения массового расхода.1. An unambiguous relationship between the speed (rate) of regular cooling of the label during its transfer by the flow with the value of the thermal diffusivity coefficient (α c ) of the measured medium takes place only if there is no heat loss to the external medium surrounding the flowmeter transmitter or if they are constant. In real conditions, when measuring the flow rate by the non-contact thermal method, heat loss to the environment cannot be practically avoided, moreover, their value depends on the flow rate, which leads to an increase in the measurement error of α c and, therefore, to a decrease in the accuracy of determining the mass flow rate.
2. Реализация измерения скорости (темпа) охлаждения метки по формуле:
где Tм -температура метки;
Tп - температура потока (измеряемой среды);
τ - время,
сопряжена с достаточно сложными совокупными измерениями, включающими операции логарифмирования и дифференцирования, что также ограничивает точность измерения.2. The implementation of measuring the speed (pace) of label cooling according to the formula:
where T m is the temperature of the label;
T p - flow temperature (measured medium);
τ is the time
It is associated with rather complex aggregate measurements, including the operations of logarithm and differentiation, which also limits the accuracy of the measurement.
Поэтому актуальна проблема повышения точности измерения расхода меточным неконтактным тепловым (термоконвективным) методом. Therefore, the urgent problem of improving the accuracy of flow measurement by the precision non-contact thermal (thermoconvective) method.
Решение этой проблемы достигается тем, что дополнительно измеряют время переноса тепловой метки между ее источником и фиксированным (контрольным) участком. The solution to this problem is achieved by additionally measuring the transfer time of the heat label between its source and a fixed (control) area.
В неконтактных термоконвективных преобразователях расхода при реализации меточного метода измерения процессы переноса теплоты от источника меток (нагревателя) в поток вещества и от потока к термопреобразователям осуществляются через стенку канала путем теплопроводности и конвекции. In non-contact thermoconvective flow converters, when implementing the label method of measurement, the processes of heat transfer from the label source (heater) to the substance stream and from the stream to thermal converters are carried out through the channel wall through heat conduction and convection.
Для исключения инерционности указанных тепловых процессов время переноса метки определяется на контрольном участке между двумя термопреобразователями по моментам достижения максимумов их реакций при прохождении тепловой метки. Эта величина времени переноса метки (τк) по контрольному (фиксированному) участку однозначно связана с объемным расходом и не зависит от свойств и состава измеряемой среды. Именно регистрация по максимумам реакции на метку обеспечивает инвариантность показаний расходомера к свойствам и составу измеряемой среды. Это подтверждено экспериментально (см. фиг. 2), а также следующими аналитическими выкладками.To eliminate the inertia of these thermal processes, the label transfer time is determined in the control area between two thermal converters at the moments when their reaction maxima are reached when the heat label passes. This value of the label transfer time (τ k ) over the control (fixed) section is uniquely related to the volumetric flow rate and does not depend on the properties and composition of the medium being measured. It is registration by maxima of the reaction to the label that ensures the invariance of the flow meter readings to the properties and composition of the medium being measured. This is confirmed experimentally (see Fig. 2), as well as the following analytical calculations.
Из анализа решение идеализированной задачи о распространении теплового импульса (метки) в потоке жидкости:
где Tп(x,t) - температура потока жидкости;
Tо - начальная температура тепловой метки;
x - линейная координата;
αc - коэффициент температуропроводности жидкости;
2 • l - начальная длина тепловой метки;
следует, что при достижении максимумом метки зоны регистрации (то есть при ∂Tп/∂τ = 0) имеет место соотношение:
справедливость которого возможна только при выполнении условия x = v • t или t = x/l, то есть в рамках принятых допущений время переноса метки определяется только координатой регистратора (термопреобразователя) и средней скоростью (объемным расходом) жидкости и не зависит от ее свойств.From the analysis, the solution of the idealized problem of the propagation of a heat pulse (label) in a fluid stream:
where T p (x, t) is the temperature of the fluid flow;
T about - the initial temperature of the heat label;
x is the linear coordinate;
α c is the thermal diffusivity of the liquid;
2 • l is the initial length of the heat label;
it follows that when the maximum reaches the mark of the registration zone (i.e., at ∂T n / ∂τ = 0), the relation
whose validity is possible only if the condition x = v • t or t = x / l is fulfilled, that is, within the framework of the accepted assumptions, the label transfer time is determined only by the coordinate of the recorder (thermoconverter) and the average speed (volumetric flow) of the liquid and does not depend on its properties.
Чтобы учесть изменение свойств (состава) измеряемой среды и определить массовый расход в условиях этого изменения, предлагается дополнительно измерять время переноса метки между источником метки (нагревателем) и фиксированным (контрольным) участком. Величина этого времени (τд) будет складываться не только из времени переноса метки потоком, но и из длительности процессов кондуктивно-конвективного переноса теплоты от нагревателя к потоку жидкости и от потока через стенку канала (металлической трубы) к термопреобразователю. Именно инерционность конвективной составляющей процессов формирования метки в потоке вещества и ее регистрации на наружной поверхности стенки канала (трубы) в зоне от нагревателя до фиксируемого (контрольного) участка существенно зависит не только от величины объемного расхода, но и от свойств (состава) среды. Если для простоты принять вариант, когда длина фиксируемого участка равна расстоянию от нагревателя до указанного фиксируемого участка (l1 = l2), то по разности (τд-τк) можно судить о свойствах среды (например, ее плотности) и обеспечить измерение массового расхода жидкости с переменными свойствами, получив при этом более высокую точность, за счет минимизации недостатков известного способа.In order to take into account the change in the properties (composition) of the medium being measured and to determine the mass flow rate under the conditions of this change, it is proposed to additionally measure the transfer time of the mark between the mark source (heater) and the fixed (control) section. The value of this time (τ d ) will consist not only of the time of label transfer by the flow, but also of the duration of the conductive-convective heat transfer from the heater to the liquid flow and from the flow through the channel wall (metal pipe) to the thermal converter. It is the inertia of the convective component of the processes of label formation in the substance flow and its registration on the outer surface of the channel (pipe) wall in the zone from the heater to the fixed (control) section significantly depends not only on the volumetric flow rate, but also on the properties (composition) of the medium. If, for simplicity, we take the option when the length of the fixed section is equal to the distance from the heater to the specified fixed section (l 1 = l 2 ), then by the difference (τ d -τ k ) one can judge the properties of the medium (for example, its density) and provide measurement mass flow rate of liquid with variable properties, while obtaining higher accuracy, by minimizing the disadvantages of the known method.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for implementing the proposed method.
Расходомер содержит: канал (металлический патрубок) 1, на наружной поверхности стенки которого размещены нагреватель 2 (например, проволочный); 3 и 4 - измерительные термопреобразователи; 5 и 6 - компенсационные термопреобразователи (пленочные терморезисторы), включенные в схемы неуравновешенных мостов 7 и 8 постоянного тока с усилителями; блок 9 управления нагревателем и вычислительный (микропроцессорный) блок 10. The flow meter contains: a channel (metal pipe) 1, on the outer surface of the wall of which a heater 2 (for example, wire) is placed; 3 and 4 - measuring thermocouples; 5 and 6 - compensation thermal converters (film thermistors) included in the unbalanced DC bridge circuit 7 and 8 with amplifiers; a heater control unit 9 and a computing (microprocessor)
Способ осуществляется следующим образом. Блок управления 9 периодически включает нагреватель 2, генерируя в поток тепловые метки. При включении нагревателя подается команда микропроцессорному блоку 10 на начало измерения времени. По достижении максимума величины реакции на терморезисторе 3, от прохождения тепловой метки, усиленный выходной сигнал с моста 7 обеспечивает фиксацию времени переноса τд и начинается отсчет времени переноса метки между терморезисторами 3 и 4. При возникновении максимума сигнала на терморезисторе 4, через мост 8 с усилителем, блоком 10 определяется время переноса метки по контрольному участку τк, а следовательно, и величина объемного расхода G0; по разности (τд-τк), определяемой также блоком 10, судят о свойствах потока (например, плотности) и затем определяют величину массового расхода (Gм = G0•ρ). Графическая иллюстрация указанных операций представлена на фиг. 2 и 3, где
τ
Gо изм - определенная блоком 10 величина объемного расхода;
τ
ρизм - найденная блоком 10 величина плотности;
1-τк = f(G0);
2,3,4,5-τд = f(G0,ρ);
×-ρ = 1115 кг/м3.
Экспериментальная проверка предлагаемого способа и его сравнение с известным проводилась в диапазоне расходов 0 - 40 кг/ч на потоках водных растворов солей NaCl и Na2CO2, с концентрацией от 4 до 16% вес. Использовался первичный преобразователь со следующими параметрами:
- внутренний диаметр патрубка - dвн = 5 мм;
- толщина стенки патрубка - δcт = 0,3 мм;
- материал патрубка - нержавеющая сталь;
- напряжение, подаваемое на нагреватель в момент импульса - Uн = 36B;
- длительность импульса - τн = 0,2 c.
Границы распределения погрешности определения τд (как дополнительного информативного параметра о свойствах среды) составляют не более 1.8%, а при определении скорости охлаждения метки (темпа) - порядка 3%. В итоге, как показали эксперименты, погрешность определения массового расхода предлагаемым методом, в условиях изменения свойств среды, на 1 - 1.2% ниже, чем у прототипа /Авторское свидетельство СССР N 832341, кл. G 01 F 1/70/.The method is as follows. The control unit 9 periodically turns on the
τ
G о ISM - volume flow rate determined by
τ
ρ ISM - the density value found by
1-τ k = f (G 0 );
2,3,4,5-τ d = f (G 0 , ρ);
× -ρ = 1115 kg / m 3 .
An experimental verification of the proposed method and its comparison with the known one was carried out in a flow range of 0-40 kg / h on streams of aqueous solutions of NaCl and Na 2 CO 2 salts, with a concentration of 4 to 16% by weight. The primary converter was used with the following parameters:
- the inner diameter of the pipe - d VN = 5 mm;
- pipe wall thickness - δ ct = 0.3 mm;
- pipe material - stainless steel;
- voltage supplied to the heater at the moment of impulse - U n = 36B;
- pulse duration - τ n = 0.2 s.
The boundaries of the distribution of the error in determining τ d (as an additional informative parameter on the properties of the medium) are no more than 1.8%, and when determining the label cooling rate (pace), it is about 3%. As a result, as shown by experiments, the error in determining the mass flow rate of the proposed method, in conditions of changing the properties of the medium, is 1 - 1.2% lower than that of the prototype / USSR Copyright Certificate N 832341, cl. G 01 F 1/70 /.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97120140A RU2152593C1 (en) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | Flow-rate measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97120140A RU2152593C1 (en) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | Flow-rate measurement method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97120140A RU97120140A (en) | 1999-09-27 |
RU2152593C1 true RU2152593C1 (en) | 2000-07-10 |
Family
ID=20199654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97120140A RU2152593C1 (en) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | Flow-rate measurement method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2152593C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460047C1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-08-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Electrooptical gas or liquid flow meter |
RU2742526C1 (en) * | 2020-01-30 | 2021-02-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Liquid volumetric flow meter |
RU2744484C1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Liquid volume flow rate measuring device |
-
1997
- 1997-12-05 RU RU97120140A patent/RU2152593C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КРЕМЛЕВСКИЙ П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989, с.552 - 553. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460047C1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-08-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Electrooptical gas or liquid flow meter |
RU2744484C1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Liquid volume flow rate measuring device |
RU2742526C1 (en) * | 2020-01-30 | 2021-02-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Liquid volumetric flow meter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DK2641071T3 (en) | Determination of the heat flow starting from a heat transporting medium | |
US20090205438A1 (en) | Magneto-inductive flow rate meter | |
US3807228A (en) | Ultrasonic velocity and mass flowmeter | |
US20080289412A1 (en) | Thermal mass flow meter and method for its operation | |
US20130060491A1 (en) | Thermal Mass Flow Meter | |
EP0512655A2 (en) | Alternative liquid flow sensor design | |
RU2152593C1 (en) | Flow-rate measurement method | |
JPH10281695A (en) | Method and apparatus for sensing cleaning time of heat exchanger | |
RU59832U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THERMOPHYSICAL PARAMETERS | |
US12105110B2 (en) | True vapor pressure and flashing detection apparatus and related method | |
Rackemann et al. | Determining circulation velocities in vacuum pans | |
RU2631007C1 (en) | Heat meter based on overhead sensors | |
SU1700396A1 (en) | Method and device for checking heat meters | |
RU2575565C2 (en) | Determination of heat flow released by heat-carrying fluid medium | |
DK0774649T3 (en) | flow meter | |
SU1649402A1 (en) | Method for determining concentration of moving liquid | |
RU2752412C1 (en) | Method for measuring the flow rate of gas-liquid flow | |
SU1633286A1 (en) | Method for determining instant flow | |
RU2299404C2 (en) | Non-invasive thermal liquid consumption indicator | |
SU448375A1 (en) | The method of determining the heat flux | |
RU2250440C2 (en) | Method of locating interfaces of fluids | |
SU834415A1 (en) | Method of measuring heat leakage | |
JPH0219738Y2 (en) | ||
JPH05164587A (en) | Fluid flowrate measurement device and viscosity measurement device | |
JPH0299831A (en) | Method and device for controlling flow rate in tube |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061206 |