RU2152593C1 - Flow-rate measurement method - Google Patents

Flow-rate measurement method Download PDF

Info

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
Application number
RU97120140A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97120140A (en
Inventor
А.А. Ляшенко
О.А. Ющенко
Н.А. Сягаев
Г.А. Соколов
В.Ю. Олейник
Original Assignee
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
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 государственный технологический институт (технический университет) filed Critical Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Priority to RU97120140A priority Critical patent/RU2152593C1/en
Publication of RU97120140A publication Critical patent/RU97120140A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2152593C1 publication Critical patent/RU2152593C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement of mass flow rate of medium. SUBSTANCE: method is used for measuring of mass flow rate of variable-compound medium by means of thermoconvective transducer which includes heater and two thermoresistors positioned on external surface of tube. Time τg of thermal mark transfer between heater and fixed (control) section time τk of mark transfer along control section and measured. Density of measured medium is judged by difference (τg•τk). Value τg serves for calculation of volume flow rate. EFFECT: enhanced accuracy of measurement. 3 dwg

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:

Figure 00000002

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:
Figure 00000002

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:

Figure 00000003

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:
Figure 00000004

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:
Figure 00000003

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
Figure 00000004

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 (τдк) 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 dk ) 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) unit 10.

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 (τдк), 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 изм к - измеренное время переноса метки потоком по контрольному участку;
Gоизм - определенная блоком 10 величина объемного расхода;
τ изм д - измеренное время переноса метки от нагревателя до контрольного участка;
ρизм - найденная блоком 10 величина плотности;
1-τк = f(G0);
2,3,4,5-τд = f(G0,ρ);

Figure 00000005

×-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 - δ = 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 heater 2, generating heat marks into the stream. When the heater is turned on, a command is issued to the microprocessor unit 10 to start the time measurement. Upon reaching the maximum value of the reaction on the thermistor 3, from the passage of the heat label, the amplified output signal from the bridge 7 fixes the transfer time τ d and the countdown starts for the transfer of the label between the thermistors 3 and 4. When the maximum signal occurs on the thermistor 4, through the bridge 8 s amplifier, unit 10 is determined by the transfer time of the label on the control section τ to , and therefore the volumetric flow rate G 0 ; the difference (τ dk ), also determined by block 10, judges the flow properties (for example, density) and then determines the mass flow rate (G m = G 0 • ρ). A graphic illustration of these operations is shown in FIG. 2 and 3, where
τ ism to - the measured time of label transfer by the flow over the control section;
G о ISM - volume flow rate determined by block 10;
τ ism d - measured label transfer time from the heater to the control section;
ρ ISM - the density value found by block 10;
1-τ k = f (G 0 );
2,3,4,5-τ d = f (G 0 , ρ);
Figure 00000005

× -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)

Способ измерения расхода потока с использованием термоконвективного преобразователя расхода, основанный на измерении времени τк переноса тепловой метки на фиксированном участке, с коррекцией по составу контролируемого потока, отличающийся тем, что дополнительно измеряют время τд переноса метки между ее источником и фиксированным участком и по разности (τдк) судят о составе среды.A method for measuring the flow rate using a thermoconvective flow transducer, based on measuring the time τ to transfer the heat mark in a fixed area, with a correction in the composition of the controlled flow, characterized in that it additionally measures the time τ d of transfer of the mark between its source and the fixed area and the difference (τ dk ) judge the composition of the medium.
RU97120140A 1997-12-05 1997-12-05 Flow-rate measurement method RU2152593C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КРЕМЛЕВСКИЙ П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989, с.552 - 553. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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