RU2244310C1 - Method for measuring liquid flow velocity - Google Patents

Method for measuring liquid flow velocity Download PDF

Info

Publication number
RU2244310C1
RU2244310C1 RU2003111858/28A RU2003111858A RU2244310C1 RU 2244310 C1 RU2244310 C1 RU 2244310C1 RU 2003111858/28 A RU2003111858/28 A RU 2003111858/28A RU 2003111858 A RU2003111858 A RU 2003111858A RU 2244310 C1 RU2244310 C1 RU 2244310C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
junction
thermocouple
temperature
measuring
dependence
Prior art date
Application number
RU2003111858/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003111858A (en
Inventor
Э.А. Болтенко (RU)
Э.А. Болтенко
В.П. Шаров (RU)
В.П. Шаров
П.С. Глазырин (RU)
П.С. Глазырин
Д.Э. Болтенко (RU)
Д.Э. Болтенко
В.Р. Цой (RU)
В.Р. Цой
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций (ФГУП "ЭНИЦ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций (ФГУП "ЭНИЦ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций (ФГУП "ЭНИЦ")
Priority to RU2003111858/28A priority Critical patent/RU2244310C1/en
Publication of RU2003111858A publication Critical patent/RU2003111858A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2244310C1 publication Critical patent/RU2244310C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology; measuring velocity of single-phase laminar and turbulent flow of liquid.
SUBSTANCE: proposed method includes pulsed power delivery from ac power supply to metering thermocouple junction; heating of metering thermocouple junction; measurement of power N and pulse time τ; measurement of junction temperature on descending section of T j = f(τ) curve; evaluation of junction cooling rate on descending branch of T j = f(τ), m = -(dT j /dτ)/(T j - T l ) curve, where T j and T l are junction and liquid temperatures, respectively; calculation of heat-transfer coefficients α as and α des from dependencies α des = mcρV/F and α as = N/F(T j - T l ), where F is junction surface; V is junction volume; c and ρ are thermal capacity and density of junction material, respectively; calculation of mean value of heat-transfer coefficient α m = (α as + α des )/2; calculation of liquid flow velocity W from W = f(α m ) dependence; pulse time τ m is chosen from condition of regular junction heating time τ r , τ m ≥ τ r found from condition that m as = -(dT j /dτ)/(T j - T l ) = idem with time.
EFFECT: enhanced flow velocity measurement accuracy.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения скорости однофазного потока жидкости при ламинарных и турбулентных режимах течения.The invention relates to measuring technique and can be used to determine the speed of a single-phase fluid flow in laminar and turbulent flow regimes.

Известен способ определения скорости потока жидкости, заключающийся в том, что нагревают спай термопары от отдельного нагревателя, измеряют температуру спая термопары, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(T), где W - скорость потока, Т - температура спая термопары (Б.И.Леончик, В.П.Маякин. Измерение в дисперсных потоках. М.: Энергоатомиздат. 1981. С.92).A known method for determining the flow rate of a liquid is that the thermocouple junction is heated from a separate heater, the junction temperature of the thermocouple is measured, the fluid flow rate is determined based on the previously obtained dependence W = f (T), where W is the flow velocity, T is the junction temperature thermocouples (B.I. Leonchik, V.P. Mayayakin. Measurement in dispersed flows. M: Energoatomizdat. 1981. P.92).

Недостатки способа заключаются в следующем: измерение температуры указанным способом имеет большую инерционность, в том числе и за счет наличия электроизоляционного слоя между спаем термопары и отдельным нагревателем. Конструкция датчика сложна из-за наличия элементов электроизоляции, отдельного нагревателя. Рабочие температуры датчика ограничены свойствами электроизоляции и не превышают 200-250°С.The disadvantages of the method are as follows: temperature measurement in this way has a large inertia, including due to the presence of an electrical insulating layer between the junction of the thermocouple and a separate heater. The design of the sensor is complicated due to the presence of electrical insulation elements, a separate heater. The operating temperature of the sensor is limited by the properties of electrical insulation and does not exceed 200-250 ° C.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ определения скорости однофазного потока жидкости, заключающийся в том, что подводят от источника переменного тока к спаю измерительной термопары фиксированную мощность, нагревают спай измерительной термопары, отделяют полезный сигнал, сформированный спаем измерительной термопары, от сигнала генерируемого источником переменного тока, измеряют температуру спая измерительной термопары, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(T),The closest in technical essence and the achieved result to the proposed method is a method for determining the speed of a single-phase fluid flow, which consists in the fact that a fixed power is supplied from the AC source to the junction of the measuring thermocouple, the junction of the measuring thermocouple is heated, the useful signal formed by the junction of the measuring thermocouple is separated, from a signal generated by an alternating current source, measure the junction temperature of the measuring thermocouple, determine the fluid flow rate at new previously obtained dependence W = f (T),

где W - скорость потока, Т - температура спая термопары (Б.И.Леончик, В.П.Маякин. Измерение в дисперсных потоках. М.: Энергоатомиздат. 1981. С.92).where W is the flow velocity, T is the temperature of the thermocouple junction (B.I. Leonchik, V.P. Mayakin. Measurement in dispersed flows. M: Energoatomizdat. 1981. P. 92).

В известном способе отделение полезного сигнала, сформированного спаем измерительной термопары, от сигнала генерируемого источником переменного тока достигается с помощью фильтра нижних частот, состоящего из конденсатора и дросселя. Основной недостаток способа заключаются в том, что с помощью фильтра нижних частот не удается полностью отстроиться от помех, проходящих от источника переменного тока. Вследствие прохождения помех и невозможности их количественной оценки измерение температуры, и соответственно скорости проводится с большой погрешностью.In the known method, the separation of the useful signal generated by the junction of the measuring thermocouple from the signal generated by the AC source is achieved using a low-pass filter consisting of a capacitor and a choke. The main disadvantage of this method is that with the help of a low-pass filter it is not possible to completely tune out interference from the AC source. Due to the passage of interference and the impossibility of quantifying them, the measurement of temperature and, accordingly, speed is carried out with a large error.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности определения скорости потока жидкости, что обеспечивается тем, что к спаю термопары мощность подводят импульсно, измеряют мощность и время импульса, измеряют температуру спая на нисходящем участке зависимости Tсп=f(τ), определяют темп охлаждения спая на нисходящей ветви зависимости Tсп=f(τ), m=-(dTсп/dτ)/(Tспж), определяют коэффициенты теплоотдачи αв и αн, на основе зависимостей αн=mcρV/F и αв=N/(F(Tспж)), определяют среднее значение коэффициента теплоотдачи αср=(αвн)/2 определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(αcp), причем время импульса τm выбирается из условия достижения регулярного режима τр нагрева спая,

Figure 00000003
определяемое на основе условия - mв=-((dTсп/dτ)/(Тспж)=idem с течением времени, а максимальная температура спая не превышает температуру насыщения при давлении теплоносителя в сечении измерения скорости, где с, ρ, V, F - соответственно теплоемкость, плотность, объем, поверхность спая -определяются предварительно в процессе отладочных опытов, N - мощность импульса, W - скорость потока жидкости в месте размещения спая, м/с, Тcп, Тж - соответственно температура спая (средняя по объему), температура жидкости °С, m=-(dTcп/dτ)/(Tспж) - темп охлаждения (нагрева) спая, αв и αн коэффициенты теплоотдачи на восходящей и нисходящей участках кривой Тсп=f(τ)The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is to increase the accuracy of determining the fluid flow rate, which is ensured by the fact that the power is supplied to the thermocouple junction pulsedly, the power and pulse time are measured, the junction temperature in the descending section of the dependence T sp = f (τ ), determine the cooling rate of the junction on the descending branch of the dependence T cn = f (τ), m = - (dT cn / dτ) / (T cn -T x ), determine the heat transfer coefficients α in and α n , based on the dependences α n = mcρV / F and α in = N / (F (T cn -T w )), determine the average e value of the coefficient of heat transfer α cp = (α a + α n) / 2 is determined fluid flow rate on the basis of beforehand obtained dependence W = f (α cp), wherein the pulse time τ m is chosen from the condition of the regular heating mode τ p junction,
Figure 00000003
determined on the basis of the condition - m in = - ((dTsp / dτ) / (T cn -T l ) = idem over time, and the maximum junction temperature does not exceed the saturation temperature at the coolant pressure in the velocity measurement section, where c, ρ, V, F - heat capacity, density, volume, junction surface, respectively, are determined previously in the process of debugging experiments, N - pulse power, W - fluid flow rate at the junction location, m / s, T cp , T W - junction temperature, respectively ( volume average), fluid temperature ° С, m = - (dT cp / dτ) / (T cn -T w ) - cooling rate (heat eva) junction, α in and α n heat transfer coefficients in the ascending and descending sections of the curve T sp = f (τ)

Достижение технического результата, заключающегося в повышении точности определения скорости однофазной жидкости, обеспечивается тем, что, определение скорости потока достигается на основе величин не требующих отделения полезного сигнала термопары от питающего сигнала, идущего на вход измерительной цепи. Действительно, темп охлаждения mв, на основе которого определяется αн, определяется при отключенном источнике, а коэффициент теплоотдачи αв для своего определения не требует использования отстроенной от помех зависимости вида Tсп=f(τ). Технический результат достигается также тем, что дополнительно к определению коэффициента теплоотдачи на нисходящей части зависимости Tсп=f(τ) используется восходящий участок, на котором определяется среднее значение коэффициента теплоотдачи на восходящей части зависимости Tсп=f(τ). Использование восходящей и нисходящей ветвей зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи и соответственно скорости потока позволяет устранить погрешности, связанные с зависимостью теплоотдачи от направления теплового потока (нагрев, охлаждение) и уменьшить погрешности, обусловленные начальными условиями.The achievement of the technical result, which consists in increasing the accuracy of determining the speed of a single-phase liquid, is ensured by the fact that the determination of the flow rate is achieved on the basis of values that do not require separation of the useful thermocouple signal from the supply signal going to the input of the measuring circuit. Indeed, the cooling rate m in , on the basis of which α n is determined, is determined with the source turned off, and the heat transfer coefficient α in for its determination does not require the use of a dependence of the form T cn = f (τ), which is detuned from interference. The technical result is also achieved by the fact that in addition to determining the heat transfer coefficient on the descending part of the dependence T cn = f (τ), an ascending section is used, on which the average value of the heat transfer coefficient on the ascending part of the dependence T cn = f (τ) is determined. The use of the ascending and descending branches of the dependence to determine the heat transfer coefficients and, accordingly, the flow rate allows us to eliminate errors associated with the dependence of heat transfer on the direction of the heat flow (heating, cooling) and reduce errors caused by the initial conditions.

На фиг.1 показана схема для осуществления способа.Figure 1 shows a diagram for implementing the method.

На фиг.2 показана качественная зависимость Tсп=f(τ).Figure 2 shows the qualitative dependence of T SP = f (τ).

На фиг.3 показана градуировочная зависимость W=f(αcp), на основе которой определяется скорость потока предлагаемым способом. Схема для осуществления способа, фиг.1, включает в себя следующие элементы 1 - Регулируемый источник переменного тока, 2 - электронный ключ - служит для управления источником питания, 3 - разделительная емкость, 4 - термопара, 5 - фильтр нижних частот, 6 - измеритель мощности переменного тока, тактовый генератор, 8 - АЦП, аналого-цифровой преобразователь, 9 - ПВМ, персональный компьютер.Figure 3 shows the calibration dependence W = f (α cp ), based on which the flow rate is determined by the proposed method. The scheme for implementing the method, figure 1, includes the following elements 1 - Adjustable AC source, 2 - electronic key - is used to control the power source, 3 - separation capacity, 4 - thermocouple, 5 - low-pass filter, 6 - meter AC power, clock generator, 8 - ADC, analog-to-digital converter, 9 - FDA, personal computer.

Способ определения скорости потока жидкости осуществляется следующим образом.The method of determining the fluid flow rate is as follows.

Помещают спай термопары в канал, где производят измерение скорости жидкости. Измеряют температуру жидкости. Подводят от источника переменного тока к спаю термопары мощность. Далее нагревают спай термопары. Нагрев проводят импульсно. Измеряется мощность импульса, время нагрева и температура спая. Термопара выполнена по 4-х проводной схеме, т.е. подвод мощности к спаю осуществлен с помощью медных изолированных проводов, а выходной сигнал (измерительный) с помощью изолированных хромель-копелевых проводов (использовалась термопара типа ХК). После нагрева термопары до определенной температуры спая (температура спая не должна превышать температуру насыщения при давлении теплоносителя в сечении измерения скорости) источник отключается и спай охлаждается. Время нагрева и охлаждения равны, причем это время превышает время выхода на регулярный режим нагрева и охлаждения спая термопары. Далее определяют темп охлаждения спая на нисходящей ветви зависимости Tсп=f(τ), m=-(dTсп/dτ)/(Tспж), определяют коэффициенты теплоотдачи αв и αН на основе зависимостей αн=mcρV/F и αв=N/(F(Tспж)), определяют среднее значение коэффициента теплоотдачи αср=(αвн)/2, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(αcp). Поскольку определение скорости правомерно в стационарных режимах, вышеописанные действия можно проводить как в реальном времени, так и после получения соответствующих данных.The thermocouple junction is placed in the channel, where the fluid velocity is measured. Measure the temperature of the liquid. Power is supplied from the AC source to the junction of the thermocouple. Next, the thermocouple junction is heated. Heating is carried out impulse. The pulse power, heating time and junction temperature are measured. The thermocouple is made according to a 4-wire circuit, i.e. power supply to the junction was carried out using copper insulated wires, and the output signal (measuring) using isolated chromel-kopel wires (an XK type thermocouple was used). After the thermocouple is heated to a certain junction temperature (the junction temperature should not exceed the saturation temperature at the coolant pressure in the velocity measurement section), the source is turned off and the junction is cooled. The heating and cooling times are equal, and this time exceeds the time for reaching the regular heating and cooling mode of the thermocouple junction. Next, the cooling rate of the junction on the descending branch of the dependence T cn = f (τ), m = - (dT cn / dτ) / (T cn- T l ) is determined, the heat transfer coefficients α in and α N are determined based on the dependences α n = mcρV / F and α in = N / (F (T sp -T w )), determine the average value of the heat transfer coefficient αav = (α in + α n ) / 2, determine the fluid flow rate based on the previously obtained dependence W = f (α cp ). Since the determination of speed is valid in stationary modes, the above steps can be carried out both in real time and after receiving the corresponding data.

В качестве примера рассмотрим определение расхода воды в трубе диаметром 10 мм. Режимные параметры: давление 16.0 МПа, температура 200°С, расход воды варьировался в пределах 180 - 360 кг/час. Зависимость W=f(αcp) предварительно была получена на проливочном (градуировочном) стенде на идентичном канале. Скорость, используемая для градуировки, определялась с помощью трубки Пито, установленной в центре трубы. Термопара устанавливалась в центре трубы. При проведении измерений на измерительном стенде скорость в центре трубы определялась с помощью термопары и сравнивалась со скоростью, определенной с помощью трубки Пито. Сравнение скоростей в указанном диапазоне расходов показало совпадение в диапазоне 5-7%.As an example, consider the definition of water flow in a pipe with a diameter of 10 mm. Performance parameters: pressure 16.0 MPa, temperature 200 ° С, water consumption varied from 180 to 360 kg / h. The dependence W = f (α cp ) was previously obtained on a pouring (calibration) stand on an identical channel. The speed used for calibration was determined using a pitot tube mounted in the center of the pipe. A thermocouple was installed in the center of the pipe. When making measurements on a measuring stand, the speed in the center of the pipe was determined using a thermocouple and compared with the speed determined using the Pitot tube. A comparison of the speeds in the indicated range of expenses showed a coincidence in the range of 5-7%.

Claims (1)

Способ определения скорости потока жидкости, заключающийся в том, что подводят от источника переменного тока к спаю измерительной термопары мощность, нагревают спай измерительной термопары, измеряют температуру спая термопары, отличающийся тем, что к спаю термопары мощность подводят импульсно, измеряют мощность и время импульса, измеряют температуру спая на нисходящем участке зависимости Tсп=f(τ), определяют темп охлаждения спая на нисходящей ветви зависимости Tсп = f(τ), m = - (dTcп/dτ)/(Tcпж), определяют коэффициенты теплоотдачи αв и αн, на основе зависимостей αн=mcρV/F и αв=N/(F(Tспж)), определяют среднее значение коэффициента теплоотдачи αср=(αвн)/2, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(αcp), причем время импульса τm выбирается из условия достижения регулярного режима τр нагрева спая,
Figure 00000004
определяемое на основе условия
A method for determining the fluid flow rate, which consists in supplying power from an alternating current source to the junction of the measuring thermocouple, heating the junction of the measuring thermocouple, measuring the temperature of the thermocouple junction, characterized in that the power is supplied to the thermocouple junction pulsed, measuring the power and time of the pulse, measuring junction temperature on the descending section of the dependence T cn = f (τ), determine the cooling rate of the junction on the descending branch of the dependence T cn = f (τ), m = - (dT cp / dτ) / (T cp -T w ), determine the coefficients heat transfer α in and α n based on the dependences α n = mcρV / F and α in = N / (F (T cn- T w )), determine the average value of the heat transfer coefficient α cf = (α in + α n ) / 2, determine the fluid flow rate based on the previously obtained dependence W = f (α cp ), moreover, the pulse time τ m is selected from the condition of achieving a regular mode of junction heating τ r
Figure 00000004
conditional
-mВ = - (dTсп/dτ)/(Tспж)=idem-m B = - (dT cn / dτ) / (T cn -T w ) = idem с течением времени, а максимальная температура спая не превышает температуру насыщения при давлении теплоносителя в сечении измерения скорости, где с - теплоемкость материала спая; ρ - плотность материала спая; V - объем спая; F - поверхность спая – определяются предварительно в процессе отладочных опытов, N - мощность импульса, W - скорость потока жидкости в месте размещения спая, м/с, Тсп, Тж - соответственно температура спая (средняя по объему), температура жидкости, °С, m = - (dTcп/dτ)/(Tcпж) - темп охлаждения (нагрева) спая, коэффициенты теплоотдачи αв, αн на восходящей и нисходящей участках кривой Tсп=f(τ).over time, and the maximum junction temperature does not exceed the saturation temperature at the coolant pressure in the velocity measurement section, where c is the heat capacity of the junction material; ρ is the density of the junction material; V is the junction volume; F - junction surface - pre-determined during debugging experiments, N - pulse power, W - fluid flow rate at the junction location, m / s, T cn , T W - junction temperature (volume average), fluid temperature, ° С, m = - (dT cп / dτ) / (T cп -Т ж ) - cooling rate (heating) of the junction, heat transfer coefficients α in , α n in the ascending and descending sections of the curve T cn = f (τ).
RU2003111858/28A 2003-04-24 2003-04-24 Method for measuring liquid flow velocity RU2244310C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003111858/28A RU2244310C1 (en) 2003-04-24 2003-04-24 Method for measuring liquid flow velocity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003111858/28A RU2244310C1 (en) 2003-04-24 2003-04-24 Method for measuring liquid flow velocity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003111858A RU2003111858A (en) 2004-10-20
RU2244310C1 true RU2244310C1 (en) 2005-01-10

Family

ID=34881080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003111858/28A RU2244310C1 (en) 2003-04-24 2003-04-24 Method for measuring liquid flow velocity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2244310C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛЕОНЧИК Б.И. и др. Измерения в дисперсных потоках. - М.: Энергоатомиздат, 1981, с.92. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
McComas et al. Combined free and forced convection in a horizontal circular tube
CN104181195A (en) Steady-state method-based heat conductivity coefficient measurement device
US7614296B2 (en) Method and device for fluid flow parameters determination
CN108020283A (en) A kind of two-speed probe thermal type gas quality flow meter and its measuring method
Hozejowska et al. Boiling heat transfer in vertical minichannels. Liquid crystal experiments and numerical investigations
Baughn et al. Heat transfer, temperature, and velocity measurements downstream of an abrupt expansion in a circular tube at a uniform wall temperature
RU2244310C1 (en) Method for measuring liquid flow velocity
CN206208811U (en) A kind of Thermal Conductivity by Using measurement apparatus
Harter et al. Enhanced Heat Capacity and a New Temperature Instability in Superfluid H 4 e in the Presence of a Constant Heat Flux Near T λ
Ueda et al. Heat transfer for steam condensing inside a vertical tube
Li et al. Transient heat transfer due to exponentially increasing heat inputs for turbulent flow of FC-72 in small diameter tubes
Liburdy et al. Structure of a turbulent thermal plume rising along an isothermal wall
Matsubara et al. Experimental study of heat and momentum transfer in rotating channel flow
US7168851B2 (en) Apparatus and method for measuring heat dissipation
RU2742526C1 (en) Liquid volumetric flow meter
JP2930742B2 (en) Thermal flow meter
Farber et al. Variation of heat transfer coefficient with length
JP2952438B2 (en) Thermal flow meter
JP2004069667A (en) Thermal mass flow meter for liquid
SU932292A1 (en) Method of measuring heat consumption
Nikol’skaya et al. Experimental investigation of pulsation motion in a free-convection boundary layer
RU1811610C (en) Device for testing characteristics of flows
RU2152599C1 (en) Heat counter-flowmeter
RU2320999C2 (en) Method of determining velocity of heat-transfer agent
RU1789882C (en) Method of determining boiling heat transfer coefficient

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050425