RU2299404C2 - Бесконтактный тепловой расходомер жидкости - Google Patents
Бесконтактный тепловой расходомер жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299404C2 RU2299404C2 RU2005118322/28A RU2005118322A RU2299404C2 RU 2299404 C2 RU2299404 C2 RU 2299404C2 RU 2005118322/28 A RU2005118322/28 A RU 2005118322/28A RU 2005118322 A RU2005118322 A RU 2005118322A RU 2299404 C2 RU2299404 C2 RU 2299404C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- heater
- thermo
- flow
- thermal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
В теплоизолирующем корпусе расходомера размещен металлический патрубок. На наружной поверхности патрубка расположены нагреватель, измерительный и компенсационный термопреобразователи и установленные в нижней (донной) части патрубка дополнительные измерительный и компенсационный термопреобразователи, включенные в смежные плечи мостов. После усиления выходные сигналы мостов поступают на вход вычислительного блока. Измерительный и компенсационный термопреобразователи выполнены кольцевыми. Измерительный термопреобразователь размещен непосредственно за нагревателем, а дополнительный измерительный термопреобразователь установлен на расстоянии от нагревателя по ходу потока, определяемом по приведенной формуле. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения при частично заполненном трубопроводе. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к средствам измерения расхода потоков веществ, а именно к тепловым расходомерам.
Известны тепловые расходомеры (калориметрические, теплового пограничного слоя, меточные), обладающие таким существенным преимуществом, как бесконтактность. Это качество позволяет измерять расход агрессивных и токсичных жидкостей, пульп, суспензий (Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2. - 5-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2004. - С.66, 82, 92). Тем не менее такие расходомеры не могут измерять расход жидкостей в трубопроводах с частично заполненным поперечным сечением.
Известен поплавковый расходомер с преобразователями термоанемометрического типа и преобразователем уровня в виде угловых перемещений (Азимов Р.К. Измерительные преобразователи с тепловыми распределенными параметрами. - М.: Энергия, 1977. - С.56-59). Указанный расходомер применим для измерения расхода жидкости в открытом канале. При этом расход определяется произведением величин скорости (определяемой термоанемометром) и уровня (определяемого поплавковым методом) при постоянной ширине потока в точке установки термоанемометров. Таким образом, в устройстве используются два преобразователя различных видов, чувствительные элементы которых размещены непосредственно в потоке жидкости, что ограничивает его практическое применение преимущественно измерением расходов чистых жидкостей без механических примесей (например, в гидромелиоративных системах). Кроме того, точность измерения расхода таким устройством существенно зависит от стабильности величины уровня и распределения скоростей по сечению канала.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является бесконтактный тепловой меточный расходомер (RU, N 2152593 C1, G01F 1/708, 10.07.2000). Указанный расходомер имеет теплоизолирующий корпус, в котором размещен металлический патрубок с расположенными на его наружной поверхности нагревателем, измерительным и компенсационным термопреобразователями и дополнительными измерительным и компенсционным термопреобразователями, включенными в смежные плечи мостов, выходные сигналы которых поступают на вход вычислительного блока.
Известный расходомер не пригоден для измерения расхода жидкости в трубопроводах с частично заполненным поперечным сечением, так как основные закономерности его функционирования предполагают наличие жидкости во всем поперечном сечении трубопровода (канала), а при частичном заполнении трубопровода точность измерения расхода жидкости будет низкой.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей расходомера за счет обеспечения измерения расхода в трубопроводах с частично заполненным поперечным сечением и увеличение точности измерения.
Поставленная задача достигается тем, что в бесконтактном тепловом расходомере жидкости, включающем теплоизолирующий корпус, в котором размещен металлический патрубок с расположенными на его наружной поверхности нагревателем, измерительным и компенсационным термопреобразователями и дополнительными измерительным и компенсационным термопреобразователями, установленными в нижней (донной) части патрубка, включенными в смежные плечи мостов, выходные сигналы которых поступают на вход вычислительного блока, согласно изобретению измерительный и компенсационный термопреобразователи выполнены кольцевыми, при этом измерительный термопреобразователь размещен непосредственно за нагревателем, а дополнительный измерительный термопреобразователь установлен на расстоянии l от нагревателя по ходу потока, определяемом по формуле l=16·α/vmin, где α - коэффициент температуропроводности материала стенки патрубка, vmin - минимальная скорость потока жидкости в измеряемом диапазоне.
Заявленный расходомер позволяет использовать в одном устройстве метод совокупных измерений двух величин - скорости (v) потока и степени его заполнения (Sn), в котором информативными величинами являются среднеинтегральная температура (Т) стенки патрубка в зоне активного наружного нагрева, представляющая совокупную информацию от v и Sn, и время (τ) переноса метки потоком (G) жидкости по контрольному участку, зависящее только от скорости (v) потока, а расход жидкости в трубопроводе с частично заполненным поперечным сечением (Q=v·Sn) определяется из решения системы уравнений:
Установка дополнительного термопреобразователя на наружной поверхности стенки патрубка расходомера по ходу потока после нагревателя на расстоянии (l) исключает влияние осевой теплопроводности материала стенки трубы на время переноса метки потоком жидкости, а его расположение в нижней (донной) части трубопровода позволяет измерять скорость потока во всем диапазоне изменения степени заполнения сечения трубы (0<Sk≤Sn). Все это приводит к достижению желаемого результата, а именно к более точному измерению расхода в трубопроводах с частично заполненным поперечным сечением.
Чтобы тепловая метка гарантированно переносилась потоком жидкости, а не по стенке патрубка расходомера путем теплопроводности дополнительный термопреобразователь 8 располагается на расстоянии l, равном 16·α/vmin или более на величину погрешности измерения. Зависимость l=16·α/vmin получена в результате сравнения переноса тепловой метки по стенке патрубка расходомера путем теплопроводности и непосредственно потоком жидкости. Расстояние x, на которое перемещается метка по материалу патрубка с коэффициентом температуропроводности α за время t определяется из выражения x=4·√α·t (П.А.Обновленский, Г.А.Соколов "Тепловые системы контроля параметров процессов химической технологии", с.38). Расстояние l, на которое переносится метка потоком жидкости, движущимся со скоростью v за время t, определяется по формуле l=v·t. Условие, при котором метка будет переноситься в зону регистрации потоком жидкости, определяется из неравенств: l≥x; v·t≥4√α·t; l·v·t≥l6·α·t→l≥16·α/v. Минимальная величина l соответствует минимальной скорости (Vmin). В исследуемом диапазоне l=16·α/vmin.
При исследовании известного уровня техники не было выявлено аналогичных технических решений, которые характеризовались бы идентичной совокупностью существенных признаков с достижением такого же технического результата, какой получен в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Заявляемый бесконтактный тепловой расходомер может быть изготовлен с применением известных материалов и технических средств, что говорит о соответствии его критерию "промышленная применимость".
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого расходомера. Заявленный тепловой расходомер состоит из теплоизолирующего корпуса 1, внутри которого расположен канал 2 (металлический патрубок) с поперечным сечением Sк, на наружной поверхности которого расположен нагреватель 3, управляемый блоком 4; имеются компенсационный 5 и измерительный 6 кольцевые термопреобразователи, которые навиты на наружную поверхность патрубка, а также дополнительный компенсационный термопреобразователь 7 и дополнительный измерительный термопреобразователь 8 (пленочные терморезисторы), которые установлены в донной части патрубка. При этом термопреобразователь 6 устанавливают непосредственно за нагревателем по ходу потока, как у известных бесконтактных расходомеров теплового пограничного слоя, а термопреобразователь 8 - на расстоянии l от нагревателя 3 по ходу потока. Термопреобразователи 5 и 6 включены в смежные плечи моста 9, а термопреобразователи 7 и 8 - в смежные плечи моста 10. Выходные сигналы с измерительных диагоналей мостов после усиления в блоках 11 и 12 поступают на вход вычислительного блока 13 и далее - на устройство отображения (монитор) 14.
Расходомер работает следующим образом. Блок управления 4 включает нагреватель 3 на постоянную по величине мощность. При этом в зависимости от степени заполнения патрубка 2 и скорости потока жидкости изменяется коэффициент конвективного теплообмена (α) от стенки патрубка к потоку жидкости, частично заполняющего сечение канала. Как следствие изменяется среднеинтегральная температура стенки канала и сопротивление термопреобразователя 6. При этом выходной сигнал моста 9 после усиления в блоке 11 будет функцией двух величин - v и Sn. Для генерации тепловой метки в потоке жидкости вычислительный блок 13 посылает сигнал в блок управления 4, который в свою очередь временно (импульсно) увеличивает мощность нагревателя 3.
Тепловая метка переносится потоком жидкости и при достижении максимумом метки зоны установки дополнительного компенсационного термопреобразователя 7, измерительный мост 10 выходит из равновесия. Это является сигналом для вычислительного блока 13 о фиксации времени τ переноса метки по контрольному участку l, которое зависит только от локальной скорости потока v. Далее в вычислительном блоке 13 решается система уравнений (1) и определяется величина расхода в частично заполненном трубопроводе как Q=v·Sn.
На фиг.2а, б представлены результаты измерения (графики зависимостей a) τ=f(v); б) T=f(v) при 1-Sn=Sк, 2-Sn=0,5Sк, 3-Sn=0,25Sк), что иллюстрирует возможность графического определения расхода Q=v·Sn тепловым методом в безнапорных системах по результатам прямых измерений величин τи и Ти.
Экспериментальная проверка предлагаемого устройства проводилась на потоках воды в диапазоне скоростей 0,03÷0,12 м/с. Датчик расходомера изготавливался из патрубка ⌀18×0,25 мм. Материал - сталь 1Х18Н9Т.
Проведенный эксперимент показал, что величина l=16·α/vmin для исследуемого расходомера при α=1,7·10-5 м2/с; vmin n=10-2 м/с, будет: l=(16·1,7·10-5)/10-2=27,2 мм.
Учитывая приближенность вычисления, погрешность которого составляет +5% (Обновленский П.А., Соколов Г.А. "Тепловые системы контроля параметров процессов химической технологии", с.38), получим l=28,5 мм. При рассчитанной длине контрольного участка l время переноса метки т зависит только от скорости потока (см. фиг.2). Определяют величину расхода в частично заполненном трубопроводе как Q=v·Sn.
Таким образом, предлагаемый бесконтактный тепловой расходомер позволяет измерять расход жидкостей в трубопроводах с частично заполненным поперечным сечением с меньшей погрешностью.
Claims (1)
- Бесконтактный тепловой расходомер жидкости в трубопроводах с частично заполненным поперечным сечением, включающий теплоизолирующий корпус, в котором размещен металлический патрубок с расположенными на его наружной поверхности нагревателем, измерительным и компенсационным термопреобразователями и дополнительными измерительным и компенсационным термопреобразователями, установленными в нижней (донной) части патрубка, включенными в смежные плечи мостов, выходные сигналы которых поступают на вход вычислительного блока, отличающийся тем, что измерительный и компенсационный термопреобразователи выполнены кольцевыми, при этом измерительный термопреобразователь размещен непосредственно за нагревателем, а дополнительный измерительный термопреобразователь установлен на расстоянии 1 от нагревателя по ходу потока, определяемом по формуле l=16·α/vmin, где α - коэффициент температуропроводности материала стенки патрубка, vmin - минимальная скорость потока жидкости в измеряемом диапазоне.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005118322/28A RU2299404C2 (ru) | 2005-06-14 | 2005-06-14 | Бесконтактный тепловой расходомер жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005118322/28A RU2299404C2 (ru) | 2005-06-14 | 2005-06-14 | Бесконтактный тепловой расходомер жидкости |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005118322A RU2005118322A (ru) | 2006-12-20 |
RU2299404C2 true RU2299404C2 (ru) | 2007-05-20 |
Family
ID=37666617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005118322/28A RU2299404C2 (ru) | 2005-06-14 | 2005-06-14 | Бесконтактный тепловой расходомер жидкости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2299404C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460047C1 (ru) * | 2011-04-14 | 2012-08-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Оптико-электронный расходомер потока газа или жидкости |
RU2775798C1 (ru) * | 2021-04-01 | 2022-07-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный аграрный университет" | Способ определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе и устройство для его осуществления |
-
2005
- 2005-06-14 RU RU2005118322/28A patent/RU2299404C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Обновленский П.А. и др. Тепловые системы контроля параметров процессов химической технологии. - Л.: Химия, 1982, с.85-86, рис.4.1. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460047C1 (ru) * | 2011-04-14 | 2012-08-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Оптико-электронный расходомер потока газа или жидкости |
RU2775798C1 (ru) * | 2021-04-01 | 2022-07-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный аграрный университет" | Способ определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе и устройство для его осуществления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005118322A (ru) | 2006-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111801556A (zh) | 用于非侵入式测定流过导管区段的流体的温度的方法 | |
JP6843024B2 (ja) | 熱式流量計 | |
JP2011515689A (ja) | 流体の瞬時流量実時間測定システム | |
US20130060491A1 (en) | Thermal Mass Flow Meter | |
KR101178038B1 (ko) | 이중 노즐을 이용한 차압식 질량유량계 | |
RU2299404C2 (ru) | Бесконтактный тепловой расходомер жидкости | |
FI122767B (fi) | Menetelmä ja sovitelma virtausmittarin kalibroimiseksi | |
KR100937472B1 (ko) | 차압식 유량계 | |
Terao et al. | Non-wetted thermal micro flow sensor | |
JP5575359B2 (ja) | 熱式流量計 | |
Marick et al. | A modified technique of flow transducer using Bourdon tube as primary sensing element | |
RU2641505C1 (ru) | Информационно-измерительная система для измерения расхода и количества газа | |
CN104776889A (zh) | 温差式流量测量系统 | |
CN104792376A (zh) | 基于热流量原理的流量测量装置 | |
FR3103269B1 (fr) | Dispositif de mesure de débit massique d’un fluide | |
Xavier et al. | Real-time flow monitoring for a roller-based peristaltic mini-pump | |
Zhao et al. | Gas flow measurement with wide range using multi-thermistors | |
Wiegleb | Flow Measurement Technology | |
RU2758778C2 (ru) | Устройство для измерения массового расхода газовых сред | |
RU2718140C1 (ru) | Способ измерения массы одного из компонентов двухкомпонентного вещества с коррекцией по температуре и устройство для его реализации | |
Siev et al. | Mass Flowmeters—Thermal | |
JP2006010473A (ja) | 配管内を流れる流体温度の計測方法及び流体熱量の計測方法 | |
SU285268A1 (ru) | Тепловой расходомер жидкости и пульпы | |
CN102147420A (zh) | 时分复用微机电系统块状流体传感器及其工作方法 | |
RU2066850C1 (ru) | Способ измерения массового расхода газа |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130615 |