RU2164008C2

RU2164008C2 - Device measuring gas flow rate

Info

Publication number: RU2164008C2
Application number: RU98120878/28A
Authority: RU
Inventors: нцев А.В. Рум; А.В. Румянцев; В.В. Васильев
Original assignee: Калининградский государственный университет
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2001-03-10

Abstract

FIELD: measurement technology, measurement o mass flow rate of gas with use of heat flowmeters of gas. SUBSTANCE: device measuring gas flow rate incorporates body, measurement gas line housing temperature-sensitive wire element heated by electric current. Outer walls of gas line are heat-insulated from effect of environment and optical window is located in wall of gas line. Recording of spectral radiant emittance of surface of temperature-sensitive element is conducted by conversion of optical radiation through optical window. EFFECT: reduced influence of temperature of inlet gas and environment on readings of flowmeter, simplified design with simultaneous rise of sensitivity of reliability of device. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к измерению массового расхода газа и к устройству тепловых расходомеров газа, предназначенных для использования в системах контроля и регулирования в диапазоне расходов 0-300 мг/с при широком варьировании входной температуры газа и температуры внешней среды. The invention relates to measuring equipment, and more specifically to measuring a gas mass flow rate and to a device for heat gas flow meters intended for use in control and regulation systems in the flow range 0-300 mg / s with a wide variation of the gas inlet temperature and the ambient temperature.

Известны способ измерения расхода газа и тепловые расходомеры, основанные на учете эффекта теплового воздействия на среду [1]. A known method of measuring gas flow and heat flow meters based on taking into account the effect of thermal effects on the environment [1].

Такие расходомеры содержат корпус, трубопровод с расположенными на нем нагревателем и терморезистором, включенным в мостовую схему. Such flowmeters comprise a housing, a pipeline with a heater and a thermistor located on it included in the bridge circuit.

Измерение температуры рабочего газа в таких расходомерах приводит к появлению дополнительной температурной погрешности, обусловленной величиной входной температуры газа и температуры внешней среды. Measurement of the temperature of the working gas in such flowmeters leads to the appearance of an additional temperature error due to the value of the inlet gas temperature and the ambient temperature.

Эта дополнительная температурная погрешность уменьшена в тепловых расходомерах, в которых влияние изменения температуры входного газа частично компенсируется электронными устройствами, вырабатывающими компенсирующий сигнал как функцию температуры входящего газа [2]. This additional temperature error is reduced in heat meters, in which the influence of changes in the temperature of the inlet gas is partially compensated by electronic devices that generate a compensating signal as a function of the temperature of the incoming gas [2].

Известен тепловой расходомер [3], принятый как прототип, содержащий корпус, измерительный газопровод с расположенным в нем проволочным нагреваемым теплочувствительным элементом (ТЧЭ) и средствами автоматики для поддержания температуры ТЧЭ постоянной и отслеживания величины напряжения на нем, характеризующей расход газа. Known heat flow meter [3], adopted as a prototype, comprising a housing, a measuring gas pipeline with a wire heated heat-sensitive element (TEC) located in it and automation means to maintain the temperature of the TEC constant and to monitor the voltage value characterizing the gas flow rate.

Известный способ измерения расхода газа заключается в том, что нагреваемый ТЧЭ помещается в поток газа, который охлаждает его, а для поддержания температуры ТЧЭ постоянной (на уровне - 470-570 К), увеличивают напряжение на нем, которое и характеризует расход. A known method of measuring gas flow is that the heated TEC is placed in a gas stream that cools it, and to maintain the temperature of the TEC constant (at the level of 470-570 K), the voltage on it is increased, which characterizes the flow.

Недостатками прототипа являются: влияние изменений температуры входящего газа и температуры внешней среды на показания расходомера, что требует наличия соответствующих средств компенсации в расходомере, сложность конструкции из-за наличия средств автоматики и недостаточная надежность. The disadvantages of the prototype are: the influence of changes in the temperature of the incoming gas and the ambient temperature on the meter readings, which requires the availability of appropriate means of compensation in the meter, the design complexity due to the availability of automation and insufficient reliability.

Целью настоящего изобретения является исключение влияний температур входного газа и внешней среды на показания расходомера; обеспечение его безинерционности; упрощение конструкции и повышение ее надежности. The aim of the present invention is to eliminate the effects of the temperature of the inlet gas and the external environment on the flow meter readings; ensuring its lack of inertia; simplification of the design and increase its reliability.

Указанная цель достигается тем, что, как и в известном способе измерения расхода газа, теплочувствительный элемент помещается в охлаждающий его поток газа, но нагрев ТЧЭ осуществляется до высокой (порядка 1200 К) температуры, а значение расхода газа определяется по величине спектральной энергетической светимости поверхности высокотемпературного ТЧЭ, регистрируемой бесконтактным способом с помощью преобразователя оптического облучения (ПОИ). This goal is achieved by the fact that, as in the known method for measuring gas flow, the heat-sensitive element is placed in the gas flow cooling it, but the heating is carried out to a high (about 1200 K) temperature, and the gas flow is determined by the magnitude of the spectral energy luminosity of the surface of the high-temperature TEC recorded by the non-contact method using an optical irradiation converter (POI).

На чертеже изображен общий вид предложенного устройства измерения расхода газа. Оно содержит: нагретый до высокой температуры (≈ 1200 К) теплочувствительный элемент (проволочная спираль) - излучатель 1; корпус - газопровод 2 с оптически прозрачным окном 3; токоподводы 4; преобразователь оптического излучения 5 (ПОИ). The drawing shows a General view of the proposed device for measuring gas flow. It contains: heated to a high temperature (≈ 1200 K) heat-sensitive element (wire spiral) - emitter 1; case - gas pipeline 2 with an optically transparent window 3; current leads 4; optical radiation converter 5 (POI).

Устройство работает следующим образом. Подаваемый по газопроводу газ обтекает расположенный на расстоянии ≈ 0,8-0,9 длины газопровода от входного сечения теплочувствительный элемент, нагретый проходящими по нему электрическим током до температуры 1200 К, и уходит через выходное сечение газопровода в газовую систему подачи. Значительный перегрев высокотемпературного ТЧЭ относительно температуры газа, которую он приобрел при конвективном взаимодействии со стенками газопровода, нагретыми излучением от ТЧЭ, позволяет стабилизировать процесс теплоотдачи на поверхности ТЧЭ и тем самым исключить влияние температуры газа, которой он обладал на входе в устройство. Влияние температуры внешней среды исключается теплоизоляцией наружных стенок газопровода, нагреваемых изнутри излучением от ТЧЭ. Регистрация спектральной плотности энергетической светимости ТЧЭ осуществляется через оптическое окно в стенке газопровода преобразователем оптического излучения (ПОИ). The device operates as follows. The gas supplied through the gas pipeline flows around a heat-sensitive element located at a distance of ≈ 0.8-0.9 of the length of the gas pipeline from the inlet section, heated by electric current passing through it to a temperature of 1200 K, and leaves through the outlet section of the gas pipeline to the gas supply system. Significant overheating of a high-temperature TEC relative to the gas temperature, which it acquired by convective interaction with the walls of the gas pipeline heated by radiation from the TEC, allows one to stabilize the heat transfer process on the surface of the TEC and thereby eliminate the influence of the gas temperature that it had at the inlet of the device. The influence of the temperature of the environment is eliminated by thermal insulation of the outer walls of the gas pipeline, heated from the inside by radiation from the HSE. The spectral density of the energy luminosity of a TEC is recorded through an optical window in the wall of the gas pipeline with an optical radiation converter (POI).

Таким образом, перегрев спирали-излучателя относительно температуры газа, подогрев газа стенками газопровода, теплоизолированного от влияния внешней среды, позволяют практически полностью исключить влияние на показания помехосоздающих факторов (температур входного газа и внешней среды), а бесконтактная регистрация спектральной энергетической светимости поверхности ТЧЭ, определяемой температурой именно поверхности ТЧЭ, а не его среднеобъемной температурой, обеспечивает безинерционность устройства, т.к. инерционность ПОИ составляет пренебрежимо малую величину ≈ 10^-6 с.Thus, overheating of the spiral emitter with respect to the gas temperature, heating of the gas with the walls of the gas pipeline insulated from the influence of the external environment, almost completely exclude the influence on the readings of noise-generating factors (temperatures of the inlet gas and the external environment), and the non-contact recording of the spectral energy luminosity of the surface of the HSE determined by the temperature of the surface of the solid fuel element, and not its volumetric average temperature, ensures the inertia of the device, because the inertia of the POI is negligible ≈ 10 ^-6 s.

В сравнении с прототипом конструкция устройства значительно упрощена. Одновременно обеспечены высокие точность, чувствительность и надежность, т. к. рабочая и измерительная цепи при бесконтактном способе регистрации информативного сигнала разъединены и в устройстве не используются следящеконтролирующие электронные схемы с обратными связями для поддержания температуры ТЧЭ постоянной и отслеживания величины напряжения на нем. Compared with the prototype, the design of the device is greatly simplified. At the same time, high accuracy, sensitivity and reliability are ensured, because the working and measuring circuits with a non-contact method of registering an informative signal are disconnected and the device does not use tracking electronic circuits with feedbacks to maintain a constant-temperature temperature and monitor the voltage on it.

Литература
1. Коротков П.А. и др. Тепловые расходомеры. - Л.: Машиностроение, 1969.Literature
1. Korotkov P.A. et al. Thermal flow meters. - L .: Engineering, 1969.

2. Пат. ФРГ N 2929427, МКИ G 1 F 1/68. 2. Pat. Germany N 2929427, MKI G 1 F 1/68.

3. Пат. Франции N 2459962, МКИ G 01 F 1/68. 3. Pat. France N 2459962, MKI G 01 F 1/68.

Claims

A device for measuring gas flow, comprising a housing, a measuring gas pipeline with a heat-sensitive element located inside it, heated by an electric current, characterized in that the external walls of the gas pipeline are insulated from the influence of the external environment, an optical window is located in the wall of the gas pipeline through which the spectral energy luminosity of the surface is recorded heat-sensitive element by an optical radiation converter.