RU2614656C2 - Device for measuring the flow of liquid - Google Patents
Device for measuring the flow of liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614656C2 RU2614656C2 RU2015112248A RU2015112248A RU2614656C2 RU 2614656 C2 RU2614656 C2 RU 2614656C2 RU 2015112248 A RU2015112248 A RU 2015112248A RU 2015112248 A RU2015112248 A RU 2015112248A RU 2614656 C2 RU2614656 C2 RU 2614656C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- муму
- measuring
- сегмента
- flow
- axis
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерению расхода текучих сред и предназначено для измерения расхода сильнополярных диэлектрических жидкостей.The invention relates to measuring the flow rate of fluids and is intended to measure the flow rate of highly polar dielectric fluids.
Известен поляризационный расходомер, содержащий диэлектрический корпус прямоугольной формы, электроды, установленные на двух противоположных стенках корпуса, источник питания и измерительный прибор, включенный между одним из электродов и общей шиной /1/. Принцип действия расходомера основан на измерении суммы токов проводимости и токов поляризации, которые появляются за счет поля связанных зарядов в движущейся сильнополярной диэлектрической жидкости. Токи поляризации создают электрическое поле поляризации, которое ослабляет внешнее поле, создаваемое источником питания. Разницу этих токов, зависящую от расхода измеряемой жидкости, и фиксирует измерительный прибор.Known polarizing flowmeter containing a rectangular dielectric housing, electrodes mounted on two opposite walls of the housing, a power source and a measuring device connected between one of the electrodes and a common bus / 1 /. The flowmeter’s operating principle is based on measuring the sum of the conduction currents and polarization currents that appear due to the field of coupled charges in a moving strongly polar dielectric fluid. Polarization currents create an electric polarization field that weakens the external field created by the power source. The difference of these currents, depending on the flow rate of the measured fluid, and fixes the measuring device.
Доминирующей поляризационной компонентой в расходомере /1/ является продольная (вдоль оси диэлектрического корпуса прямоугольной формы), которая пропорциональна первой производной скорости измеряемой жидкости вдоль продольной оси.The dominant polarizing component in the flow meter / 1 / is a longitudinal one (along the axis of a rectangular dielectric casing), which is proportional to the first derivative of the measured fluid velocity along the longitudinal axis.
Недостатком такого расходомера является низкая чувствительность, обусловленная теоретически полной взаимокомпенсацией продольной поляризационной компоненты в межэлектродном промежутке проточной части. И заявленная (защищенная) чувствительность измерения расхода в аналоге /1/ обусловлена чисто технологической несимметрией распределения продольной компоненты скорости вдоль продольной оси в межэлектродном промежутке проточной части, в связи с чем полной взаимокомпенсации продольной поляризационной компоненты не наблюдается.The disadvantage of this flow meter is its low sensitivity, due to the theoretically complete mutual compensation of the longitudinal polarization component in the interelectrode gap of the flow part. And the declared (protected) sensitivity of the flow measurement in the analogue / 1 / is due to the purely technological asymmetry of the distribution of the longitudinal velocity component along the longitudinal axis in the interelectrode gap of the flow part, and therefore there is no complete mutual compensation of the longitudinal polarization component.
Известен поляризационный расходомер, содержащий металлический цилиндрический корпус, входной канал, ось которого перпендикулярна оси металлического корпуса, рабочий и измерительный электрод в форме сегмента сферы, укрепленные на изолирующих втулках, расположенных на торцевых поверхностях корпуса, образующие с его внутренними боковыми стенками проточную часть, источник питания для подачи напряжения на рабочий электрод и измерительный прибор, включенный между измерительным электродом и землей /2/.Known polarizing flowmeter containing a metal cylindrical body, an input channel, the axis of which is perpendicular to the axis of the metal body, a working and measuring electrode in the form of a segment of a sphere, mounted on insulating sleeves located on the end surfaces of the body, forming a flow part with its inner side walls, a power source for supplying voltage to the working electrode and the measuring device connected between the measuring electrode and the ground / 2 /.
Доминирующей поляризационной компонентой в расходомере /2/ является поперечная (перпендикулярная оси металлического цилиндрического корпуса), которая пропорциональна первой производной ортогональной компоненте полного вектора скорости измеряемой жидкости вдоль продольной оси.The dominant polarization component in the flow meter / 2 / is the transverse (perpendicular to the axis of the metal cylindrical body), which is proportional to the first derivative of the orthogonal component of the total velocity vector of the measured fluid along the longitudinal axis.
Недостатком такого расходомера является низкая чувствительность, обусловленная теоретически полной взаимокомпенсацией ортогональной поляризационной компоненты в межэлектродном промежутке проточной части. И заявленная (защищенная) чувствительность измерения расхода в аналоге /2/ обусловлена чисто технологической несимметрией распределения ортогональной компоненты скорости вдоль ортогональной оси в межэлектродном промежутке проточной части, в связи с чем полной взаимокомпенсации ортогональной поляризационной компоненты не наблюдается.The disadvantage of this flow meter is its low sensitivity, due to the theoretically complete mutual compensation of the orthogonal polarization component in the interelectrode gap of the flow part. And the declared (protected) sensitivity of the flow measurement in the analogue / 2 / is due to the purely technological asymmetry of the distribution of the orthogonal velocity component along the orthogonal axis in the interelectrode gap of the flow part, and therefore the full mutual compensation of the orthogonal polarization component is not observed.
Прототипом заявленного изобретения является устройство для измерения расхода жидких сред, содержащее цилиндрический корпус, входной канал, ось которого перпендикулярна оси корпуса, рабочий и измерительный электроды укрепленных на изолирующих втулках образующих с внутренними боковыми стенками корпуса проточную часть, низковольтный источник питания для подачи напряжения на рабочий электрод и измерительный прибор, включенный между измерительным электродом и землей /3/.The prototype of the claimed invention is a device for measuring the flow rate of liquid media containing a cylindrical body, an input channel whose axis is perpendicular to the axis of the body, working and measuring electrodes mounted on insulating sleeves forming a flow part with internal side walls of the body, a low-voltage power supply for supplying voltage to the working electrode and a measuring device connected between the measuring electrode and the ground / 3 /.
Доминирующей поляризационной компонентой в расходомере /3/ является продольная (вдоль оси цилиндрического корпуса), которая пропорциональна первой производной скорости измеряемой жидкости вдоль продольной оси.The dominant polarizing component in the flow meter / 3 / is the longitudinal (along the axis of the cylindrical body), which is proportional to the first derivative of the measured fluid velocity along the longitudinal axis.
Недостатком такого расходомера является низкая чувствительность, обусловленная теоретически полной взаимокомпенсацией продольной поляризационной компоненты в межэлектродном промежутке проточной части. И заявленная (защищенная) чувствительность измерения расхода в прототипе /3/ обусловлена чисто технологической несимметрией распределения продольной компоненты скорости вдоль продольной оси в межэлектродном промежутке проточной части, в связи с чем полной взаимокомпенсации продольной поляризационной компоненты не наблюдается.The disadvantage of this flow meter is its low sensitivity, due to the theoretically complete mutual compensation of the longitudinal polarization component in the interelectrode gap of the flow part. And the claimed (protected) sensitivity of the flow measurement in the prototype / 3 / is due to the purely technological asymmetry of the distribution of the longitudinal velocity component along the longitudinal axis in the interelectrode gap of the flow part, and therefore there is no complete mutual compensation of the longitudinal polarization component.
Технический результат, создаваемый изобретением - увеличение чувствительности датчика расхода.The technical result created by the invention is to increase the sensitivity of the flow sensor.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для измерения расхода, содержащем входной и выходной каналы, цилиндрический корпус, ось которого перпендикулярна оси входного и выходного каналов, рабочий и измерительный электроды, укрепленные на торцевых изолирующих втулках корпуса, проточную часть, образованную внутренними боковыми стенками корпуса и торцевыми изолирующими втулками, низковольтный источник питания для подачи напряжения на рабочий электрод, измерительный прибор, включенный между измерительным электродом и землей, электроды имеют форму сегмента диска с углом разворота не более 180° и укреплены на торцевых изолирующих втулках строго симметрично относительно оси входного и выходного каналов с равным удалением от одного из каналов.The specified result is achieved by the fact that in the device for measuring the flow rate containing the input and output channels, a cylindrical body, the axis of which is perpendicular to the axis of the input and output channels, working and measuring electrodes mounted on the end insulating bushings of the body, the flow part formed by the inner side walls of the body and end insulating bushings, a low-voltage power supply for supplying voltage to the working electrode, a measuring device connected between the measuring electrode and the ground second electrodes have a disk segment shape with an angle of rotation not more than 180 ° and fastened on the end of insulating sleeves strictly symmetrically with respect to the input and output axes of the channels with equal distance from one of the channels.
Положительным эффектом при осуществлении заявляемого технического решения будет увеличение чувствительности датчика расхода.A positive effect in the implementation of the proposed technical solution will increase the sensitivity of the flow sensor.
Предлагаемое устройство для измерения расхода приведено на фиг. 1 а, 1 б.The proposed device for measuring flow is shown in FIG. 1 a, 1 b.
Устройство для измерения расхода содержит корпус 1, рабочий электрод 2, измерительный электрод 3, входной 4 и выходной 5 каналы, торцевые изолирующие втулки корпуса 6 и 7, проточную часть 8. Проточная часть 8 образована внутренними боковыми стенками корпуса 1 и торцевыми изолирующими втулками корпуса 6 и 7 с укрепленными на них электродами 3 и 4.A flow measuring device comprises a
Схема для подключения устройства для измерения расхода приведена на фиг. 2.A circuit for connecting a flow measuring device is shown in FIG. 2.
На рабочий электрод 2 подается напряжение 20-60 B от источника 9. Измерительный прибор 10, которым является миллиамперметр, подключенный к измерительному электроду 3, заземляется.A voltage of 20-60 V is supplied to the working
Статическая характеристика устройства для измерения расхода приведена на фиг. 3.The static characteristic of the flow meter is shown in FIG. 3.
Работа устройства для измерения расхода осуществляется следующим образом. Рабочий поток жидкости подается в устройство по входному каналу 4, ось которого перпендикулярна оси цилиндрического корпуса 1. Далее поток попадает в проточную часть 8 устройства. Проточная часть 8 образована поверхностями рабочего 2 и измерительного 3 электродов, которые укреплены на торцевых изолирующих втулках 6 и 7 и внутренними стенками корпуса 1. От источника управляющего напряжения 9 подают напряжение порядка 60 B на рабочий электрод 2. Под действием внешнего электрического поля диэлектрическая сильнополярная жидкость поляризуется, молекулы диэлектрика будут ориентироваться вдоль силовых линий поля, создавая при этом внутреннее электрическое поле, которое направлено противоположно внешнему полю и ослабляет его.The operation of the device for measuring flow is as follows. The working fluid flow is supplied to the device through the
Анализ гидродинамики и электростатики прототипа /3/ показывает, что устройство основано на измерении тока, континуальная плотность которого может быть представлена в виде (Фиг. 4а, б, в):Analysis of the hydrodynamics and electrostatics of the prototype / 3 / shows that the device is based on measuring the current, the continuous density of which can be represented in the form (Fig. 4a, b, c):
, ,
где jz - проекция вектора плотности полного тока в межэлектродном промежутке проточной части на вертикальную ось z, А/м2;where j z is the projection of the density vector of the total current in the interelectrode gap of the flowing part on the vertical axis z, A / m 2 ;
ρe - объемная плотность заряда, которая создает ток проводимости между электродами, Кл/м3;ρ e - volumetric charge density, which creates a conduction current between the electrodes, C / m 3 ;
b - коэффициент подвижности зарядов в среде, м/Вс;b is the coefficient of mobility of charges in the medium, m / Vs;
Ez - напряженность электрического поля вдоль оси z в континууме межэлектродного промежутка, В/м;E z is the electric field along the z axis in the continuum of the interelectrode gap, V / m;
Vy - проекции вектора скорости измеряемой среды на ось y, м/с;V y - projection of the velocity vector of the measured medium on the y axis, m / s;
Pz - проекции вектора поляризации электрического поля в континууме межэлектродного промежутка на ось z, Кл/м2 (напомним, что Pz=χε0Ez, где - χ диэлектрическая восприимчивость диэлектрика, 1; ε0 - электрическая постоянная, ; Ez - напряженность электрического поля в континууме межэлектродного промежутка, В/м).P z are the projections of the polarization vector of the electric field in the continuum of the interelectrode gap on the z axis, C / m 2 (recall that P z = χε 0 E z , where - χ is the dielectric susceptibility of the dielectric, 1; ε 0 is the electric constant, ; E z is the electric field strength in the continuum of the interelectrode gap, V / m).
Проанализируем (1).Let us analyze (1).
1) Компонента ρebEz является основой тока проводимости между электродами. Она тем больше, чем больше ρe (загрязненность жидкости) и Ez (напряжение между электродами , где d - расстояние между электродами, м), тем больше ток проводимости, который в «чистом» виде измеряется между электродами при отсутствии расхода измеряемой жидкости.1) The component ρ e bE z is the basis of the conduction current between the electrodes. It is the greater, the greater ρ e (contamination of the liquid) and E z (voltage between the electrodes , where d is the distance between the electrodes, m), the greater the conductivity current, which in a "pure" form is measured between the electrodes in the absence of flow of the measured liquid.
2) Компонента . Первый сомножитель компонента скорости Vy является в проточной части доминирующим, однако второй сомножитель по всей проточной части практически равен нулю, поскольку напряженность электростатического поля Ez по всей проточной части при плоскопараллельных электродах постоянна (Ez = const).2) Component . The first factor of the velocity component V y is dominant in the flow part, however, the second factor over the entire flow part is practically zero, since the electrostatic field strength E z is constant over the entire flow part at plane-parallel electrodes (E z = const).
3) Компонента . На Фиг.4 б приведено континуальное распределение компоненты скорости Vy по каждой точке проточной части межэлектродного промежутка. Первая частная производная этой скорости по координате y (вдоль оси входного и выходного каналов)
В предлагаемом техническом решении этот недостаток исключен принципиально (Фиг. 4, в): электроды имеют форму сегмента диска с углом разворота не более 180° и укреплены на торцевых изолирующих втулках строго симметрично относительно оси входного и выходного каналов с равным удалением от одного из каналов. Таким образом, при работе устройства используется одна из двух взаимокомпенсирующихся поляризационных компонент, которая фиксируется электродами - полудисками (в частности, сектора 2+3 на Фиг. 4 в). Именно этот факт и является причиной увеличения чувствительности измерения расхода в заявляемом техническом устройстве по сравнению с прототипом /3/.In the proposed technical solution, this disadvantage is fundamentally eliminated (Fig. 4, c): the electrodes are in the form of a disk segment with a rotation angle of not more than 180 ° and are mounted on the end insulating bushings strictly symmetrically with respect to the axis of the input and output channels with an equal distance from one of the channels. Thus, when the device is used, one of two mutually compensating polarization components is used, which is fixed by electrodes - half disks (in particular,
На фиг. 3 приведены статические характеристики устройств для измерения расхода (кривая 1 для прототипа /3/, кривая 2 - для заявляемого технического решения).In FIG. 3 shows the static characteristics of devices for measuring flow (
Условия проведения экспериментов: измеряемая среда - питьевая водопроводная вода при температуре 20°C; напряжение на рабочем электроде 60 B; расстояние между электродами 5 мм; диаметр электродов 30 мм; материал электродов - алюминий.Experimental conditions: medium to be measured - drinking tap water at a temperature of 20 ° C; voltage at the working electrode 60 V; distance between
Из приведенных статических характеристик видно, что при заданной геометрии устройства рабочим метрологическим диапазоном измерения расхода является диапазон 0-15 см3/с, где наблюдается линейность статических характеристик с максимальной чувствительностью (крутизной). Уменьшение чувствительности при увеличении расхода более 15 см3/с объясняется, скорее всего, возникновением переходного режима в проточной части: от ламинарного к турбулентному с возникновением вихрей, которые, как известно, снижают поляризационные эффекты в сильнополярных диэлектрических жидкостях (вода ε=81, глицерин ε=43, спирт ε=26).From the above static characteristics, it can be seen that for a given device geometry, the working metrological range of flow measurement is the range 0-15 cm 3 / s, where there is a linearity of static characteristics with maximum sensitivity (slope). The decrease in sensitivity with an increase in flow rate of more than 15 cm 3 / s is most likely due to the appearance of a transitional regime in the flow part: from laminar to turbulent with the appearance of vortices, which, as is known, reduce the polarization effects in strongly polar dielectric liquids (water ε = 81, glycerol ε = 43, alcohol ε = 26).
График статической характеристики прототипа /3/ (кривая 1, фиг.4 б) проходит выше, чем у заявляемого технического решения (кривая 2, фиг.4 б), что объясняется снижением ровно в 2 раза площади каждого из электродов в заявляемом техническом решении.The graph of the static characteristics of the prototype / 3 / (
На метрологически обоснованном диапазоне измерения расхода (0-15 см3/с) чувствительность (крутизна) статической характеристики прототипа /3/ (кривая 1, фиг. 4 б) составляет 6,66 мА/(см3/с), чувствительность (крутизна) статической характеристики заявленного технического решения (кривая 2, фиг. 4 б) составляет 8,33 мА/(см3/с).On the metrologically sound range of flow measurement (0-15 cm 3 / s), the sensitivity (slope) of the static characteristics of the prototype / 3 / (
Если же взять метрологически эффективный диапазон измерения расхода (0-5 см3/с), чувствительность (крутизна) статической характеристики прототипа /3/ (кривая 1, фиг. 4 б) составляет 10,0 мА/(см3/с), чувствительность (крутизна) статической характеристики заявленного технического решения (кривая 2, фиг. 4 б) составляет 20 мА/(см3/с).If we take the metrologically effective range of flow measurement (0-5 cm 3 / s), the sensitivity (steepness) of the static characteristics of the prototype / 3 / (
Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения перед прототипом /3/ очевидны.Thus, the technical and economic advantages of the proposed technical solution over the prototype / 3 / are obvious.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано и путем сложения секторов 4+5 (фиг. 5 а). Чувствительность измерения расхода останется такой же, как и в случае сложения секторов 2+3 (фиг. 5 б), что описано выше.The claimed technical solution can be implemented by adding
Источники информацииInformation sources
1. А.с. СССР 1553830 – аналог.1. A.S. USSR 1553830 - analogue.
2. Патент РФ 2130590 – аналог.2. RF patent 2130590 - analogue.
3. Патент РФ 2148798 – прототип.3. RF patent 2148798 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112248A RU2614656C2 (en) | 2015-04-03 | 2015-04-03 | Device for measuring the flow of liquid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112248A RU2614656C2 (en) | 2015-04-03 | 2015-04-03 | Device for measuring the flow of liquid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015112248A RU2015112248A (en) | 2016-10-20 |
RU2614656C2 true RU2614656C2 (en) | 2017-03-28 |
Family
ID=57138274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015112248A RU2614656C2 (en) | 2015-04-03 | 2015-04-03 | Device for measuring the flow of liquid |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2614656C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2130590C1 (en) * | 1997-02-04 | 1999-05-20 | Балаковский институт техники, технологии и управления | Device for measurement of flow rates of media |
RU2148798C1 (en) * | 1997-02-04 | 2000-05-10 | Балаковский институт техники, технологии и управления | Device measuring flow rate of liquid media |
RU99103759A (en) * | 1999-02-23 | 2000-12-20 | Балаковский институт техники, технологии и управления | DEVICE FOR MEASURING PULSE COSTS |
RU2243510C2 (en) * | 1999-01-11 | 2004-12-27 | Флоусис Ас | Multiphase flow measurements in pipeline |
US20110297844A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-08 | Access Business Group International Llc | Inductively coupled dielectric barrier discharge lamp |
-
2015
- 2015-04-03 RU RU2015112248A patent/RU2614656C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2130590C1 (en) * | 1997-02-04 | 1999-05-20 | Балаковский институт техники, технологии и управления | Device for measurement of flow rates of media |
RU2148798C1 (en) * | 1997-02-04 | 2000-05-10 | Балаковский институт техники, технологии и управления | Device measuring flow rate of liquid media |
RU2243510C2 (en) * | 1999-01-11 | 2004-12-27 | Флоусис Ас | Multiphase flow measurements in pipeline |
RU99103759A (en) * | 1999-02-23 | 2000-12-20 | Балаковский институт техники, технологии и управления | DEVICE FOR MEASURING PULSE COSTS |
US20110297844A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-08 | Access Business Group International Llc | Inductively coupled dielectric barrier discharge lamp |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015112248A (en) | 2016-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Asadzadeh et al. | Natural convective heat transfer of Fe3O4/ethylene glycol nanofluid in electric field | |
Bevir | The theory of induced voltage electromagnetic flowmeters | |
Zhao et al. | EHD flow in air produced by electric corona discharge in pin–plate configuration | |
Dong et al. | Investigation on the electrical conductivity of transformer oil-based AlN nanofluid | |
Williams | The induction of electromotive forces in a moving liquid by a magnetic field, and its application to an investigation of the flow of liquids | |
Dos Reis et al. | Experimental study on different configurations of capacitive sensors for measuring the volumetric concentration in two-phase flows | |
US20130036817A1 (en) | Means and method for monitoring the flow of fluid | |
US9562930B2 (en) | Method for the contactless determination of an electrical potential of an object using two different values for the electric flux, and device | |
US9739812B2 (en) | Sensor element with temperature compensating function, and magnetic sensor and electric power measuring device which use same | |
Vatani et al. | Onset of thermomagnetic convection around a vertically oriented hot-wire in ferrofluid | |
RU2614656C2 (en) | Device for measuring the flow of liquid | |
US2637207A (en) | Magnetic flowmeter | |
Yan et al. | Experimental estimation of the electric force induced by a blade-plane actuator in dielectric liquids | |
Gajewski | Frequency response and bandwidth of an electrostatic flow probe | |
Öztürk et al. | Research on a novel magnetic tilt sensor designed using Hall elements and ferrofluid | |
RU2343423C1 (en) | Electromagnetic flowmeter | |
Lata et al. | Investigation of the effect of electrodes distance on the polarization impedance type flowmeter | |
RU101817U1 (en) | ELECTROMAGNETIC FLOW METER | |
Honda | End-shorting effect on electromagnetic flowmeters | |
Alle et al. | Unsteady flow of a dusty visco-elastic fluid through an inclined channel | |
Vadde et al. | Theoretical and simulation analysis of the measurement of polarized fluid flow in a circular pipe with electric field excitation | |
RU2308685C1 (en) | Method of measuring flow rate | |
KR100467314B1 (en) | Electromagnetic Flowmeter | |
RU2242721C1 (en) | Device for measuring flow rate of conductive fluids | |
Christensen et al. | Investigating the effect of magnetic pipes connected to electromagnetic flowmeters using experimentally validated finite element models |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170615 |