RU2644457C1 - Device for gas volumetric flow rate measurement - Google Patents

Device for gas volumetric flow rate measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2644457C1
RU2644457C1 RU2017108061A RU2017108061A RU2644457C1 RU 2644457 C1 RU2644457 C1 RU 2644457C1 RU 2017108061 A RU2017108061 A RU 2017108061A RU 2017108061 A RU2017108061 A RU 2017108061A RU 2644457 C1 RU2644457 C1 RU 2644457C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
gas
label
measured
volume
Prior art date
Application number
RU2017108061A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Степанович Леонов
Дмитрий Александрович Леонов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Современное лабораторное оборудование"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Современное лабораторное оборудование" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Современное лабораторное оборудование"
Priority to RU2017108061A priority Critical patent/RU2644457C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2644457C1 publication Critical patent/RU2644457C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device for determination of the volumetric flow rate of the measured gas flow contains a flow label gas pressure regulator, which is executed with an ability to be connected to the flow label gas source input; a thermostat; a flow switch executed with an ability to switch the direction of the measured gas flow; at least two measuring channels, each of made with a possibility of measurement of the volumetric flow rate of the measured gas flow with partially overlapping ranges of flow rate measurement of adjacent channels and containing a flow line, which is made with a possibility of placement in the inner volume of the thermostat with a possibility of transmission of the measured gas flow, as well as of the flow gas label of the specified volume and contains the following components arranged along the flow in the order of mentioning: a gas delay line, the first detector made wih a possibility of flow label gas concentration measurement in the measured gas flow, a measuring volume, the second detector made with a possibility of flow label gas concentration measurement in the measured gas flow; as well as a flow label gas pulse input unit, connected to the gas delay line input; a temperature sensor, executed with an ability to measure temperature in the measured gas flow and connected to the gas delay line output; the first absolute pressure sensor, which is connected to the first detector; the second absolute pressure sensor, which is connected to the second detector. The flow switch is placed in the internal volume of the thermostat, one of the flow switch outputs is connected to the flow measuring line in the junction point of the flow label gas pulse input unit output with the delay line, and the flow label gas pressure regulator output is connected to the input of each flow label gas pulse input unit.
EFFECT: provision of a possibility of measurement of volumetric flow rates of any gases, gas mixtures of arbitrary composition, including gas mixtures with a condensation temperature below the thermostat temperature, in volumetric flow rate determination with a low error.
12 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам, позволяющим провести измерения объемного расхода не только газа, но и газовых смесей любого состава. Изобретение может найти применение в приборостроении при создании лабораторных газовых расходомеров.The invention relates to the field of measuring equipment, and in particular to devices that allow measurements of the volumetric flow rate of not only gas, but also gas mixtures of any composition. The invention can find application in instrumentation for the creation of laboratory gas flow meters.

Используемые терминыTerms Used

Измеряемый поток газа - направляемый в устройство с целью измерения объемного расхода поток газа или многокомпонентной газовой смеси, находящейся при температуре измерения в газообразном состоянии.Measured gas stream — a gas stream or a multicomponent gas mixture that is in a gaseous state at the measurement temperature and is directed to a device to measure the volumetric flow rate.

Объемный расход измеряемого потока газа - приведенный к нормальным условиям (0°C, 760 мм рт.ст.) объем газа или многокомпонентной газовой смеси, протекающий через поперечное сечение потока за единицу времени.The volumetric flow rate of the measured gas stream is reduced to normal conditions (0 ° C, 760 mm Hg) the volume of gas or multicomponent gas mixture flowing through the cross section of the stream per unit time.

Газовая метка потока - неоднородность измеряемого потока газа, создаваемая импульсным вводом в данный поток заданного объема газа метки потока, отличающегося физическими свойствами от свойств газовой среды измеряемого потока газа, такими как тепловые, оптические, магнитные и другие.Gas flow label - heterogeneity of the measured gas flow created by pulsed input into the given flow of a given volume of gas of the flow label, which differs in physical properties from the properties of the gas medium of the measured gas flow, such as thermal, optical, magnetic and others.

Известны меточные расходомеры газа, которые основаны на создании в потоке газа индикаторной неоднородности, называемой меткой потока, и измерении времени перемещения метки потока на контрольном участке пути и состоят, как правило, из устройства, создающего метку потока, устройства контролирующего перемещение метки потока на определенном участке пути и устройства, измеряющего какую-либо характеристику, связанную со скоростью движения потока, например время прохождения метки потока между двумя контрольными точками (Кремлевский П.П. Расходомеры. Машгиз, 1964). Различие в многочисленных модификациях меточных расходомеров состоит в способе создания метки потока и устройстве ее регистрации в контрольных точках измерительного участка пути.Marked gas flow meters are known that are based on creating an indicator heterogeneity in the gas stream, called a flow mark, and measuring the time of moving the flow mark on the control section of the path and consist, as a rule, of a device that creates a flow mark, a device that controls the movement of the flow mark in a certain section paths and devices that measure any characteristic associated with the speed of the flow, for example, the transit time of the flow label between two control points (Kremlevsky P.P. Ras odomery. Mashgiz, 1964). The difference in the numerous modifications of the tagged flow meters is the way to create the flow tag and the device for its registration at the control points of the measuring section of the track.

Известно техническое решение, в котором измерение расхода потока газа основано на свойстве мыльной пленки перемещаться по внутренней поверхности измерительной бюретки или какой-либо другой прозрачной трубки с известным объемом под напором измеряемого потока газа, а устройство для измерения расхода газа содержит измерительный объем в виде стеклянной трубки, устройство для создания мыльной пленки, при этом контроль положения мыльной пленки осуществляется двумя оптическим датчиками, сигналы датчиков, несущие информацию о времени прохождения пленки между контрольными точками, обрабатываются микропроцессорным контрольно-управляющим блоком и с учетом информации об объеме трубки между датчиками рассчитывается величина расхода, http://www.ooo-monitoring.ru/products/eauip/qasflow/potok/ (дата обращения 20.02.2017).A technical solution is known in which the measurement of the gas flow rate is based on the property of the soap film to move along the inner surface of the measuring burette or some other transparent tube with a known volume under the pressure of the measured gas flow, and the device for measuring the gas flow contains the measuring volume in the form of a glass tube , a device for creating a soap film, while the position of the soap film is controlled by two optical sensors, sensor signals carrying information about travel time film waits between control points are processed by a microprocessor control and control unit, and taking into account information about the tube volume between sensors, the flow rate is calculated, http://www.ooo-monitoring.ru/products/eauip/qasflow/potok/ (accessed date 20.02. 2017).

Недостатками известного технического решения является низкая точность, невозможность измерять расходы газов и газовых смесей, разрушающих мыльную пленку, низкая прочность мыльной пленки, необходимость увлажнения газа для уменьшения погрешности измерения объемного расхода.The disadvantages of the known technical solutions are low accuracy, the inability to measure the flow rates of gases and gas mixtures that destroy the soap film, the low strength of the soap film, the need for humidification of the gas to reduce the measurement error of the volumetric flow rate.

Известно техническое решение, в котором в качестве метки потока используется поршень, который свободно перемещается в стеклянной трубе в направлении движения измеряемого потока газа, перемещение поршня контролируется двумя оптическими датчиками, расположенными на трубе на фиксированном расстоянии между датчиками, расход определяется путем измерения времени прохождения поршня между датчиками при известном объеме отрезка трубы между датчиками (Патент US 5684246 А, МПК G01F 25/00, приоритет от 11.04.1997).A technical solution is known in which a piston is used as a flow mark, which freely moves in a glass pipe in the direction of the measured gas flow, the piston is controlled by two optical sensors located on the pipe at a fixed distance between the sensors, the flow rate is determined by measuring the piston travel time between sensors with a known volume of the pipe segment between the sensors (Patent US 5684246 A, IPC G01F 25/00, priority from 04/11/1997).

Недостатками известного технического решения являются необходимость использования для измерений расхода особо чистых газов, невозможность измерения расхода смесей нескольких газов, необходимость учитывать динамическую вязкость в потоке измеряемого газа, высокая стоимость поршневого расходомера. По этим причинам поршневой расходомер используется в основном в качестве калибраторов для других расходомеров и регуляторов расхода.The disadvantages of the known technical solutions are the need to use for measuring the flow rate of highly pure gases, the impossibility of measuring the flow rate of mixtures of several gases, the need to take into account the dynamic viscosity in the flow of the measured gas, the high cost of the piston flow meter. For these reasons, a piston flow meter is mainly used as calibrators for other flow meters and flow controllers.

Задачей заявляемого технического решения является разработка устройства, позволяющего определять объемный расход измеряемого потока газа, при этом обеспечивающего точность измерения не хуже ±1% от измеряемого значения.The objective of the proposed technical solution is to develop a device that allows you to determine the volumetric flow rate of the measured gas flow, while ensuring the accuracy of the measurement is not worse than ± 1% of the measured value.

Поставленная задача решается тем, что устройство для определения объемного расхода измеряемого потока газа содержит регулятор давления газа метки потока, который выполнен с возможностью подключения к его входу источника газа метки потока; термостат; коммутатор потока, который выполнен с возможностью переключения направления измеряемого потока газа; хотя бы два измерительных канала, каждый из которых выполнен с возможностью измерения объемного расхода измеряемого потока газа с частично перекрывающимися диапазонами измерения расхода соседних каналов и содержащим линию потока, которая выполнена с возможностью помещения во внутренний объем термостата, с возможностью пропускания измеряемого потока газа, а также газовой метки потока заданного объема и содержит размещенные по направлению движения потока в порядке упоминания газовую линию задержки, первый детектор, который выполнен с возможностью измерения концентрации газа метки потока в измеряемом потоке газа, измерительный объем, второй детектор, который выполнен с возможностью измерения концентрации газа метки потока в измеряемом потоке газа; а также блок импульсного ввода газа метки потока, выход которого подключен ко входу газовой линии задержки; датчик температуры, который выполнен с возможностью измерения температуры в измеряемом потоке газа и подключен к выходу газовой линии задержки; первый датчик абсолютного давления, который соединен с первым детектором; второй датчик абсолютного давления, который соединен со вторым детектором; при этом коммутатор потока помещен во внутренний объем термостата, один из выходов коммутатора потока подключен к линии потока в месте соединения выхода блока импульсного ввода газа метки потока с линией задержки, а выход регулятора давления газа метки потока соединен с входом каждого блока импульсного ввода газа метки потока. При этом блок импульсного ввода газа метки потока выполнен с возможностью ввода в поток необходимого для данного измеряемого объемного расхода измеряемого потока газа объема газа метки потока. Блок импульсного ввода газа метки потока выполнен на основе двухходового электропневмоклапана и газового дросселя. Коммутатор потока выполнен на основе двухходовых электропневмоклапанов. Термостат выполнен в виде закрытого объема с возможностью поддержания внутри объема заданного значения температуры. Линия потока выполнена с возможностью пропускания газа метки потока, значительно отличающегося от теплопроводности измеряемого потока газа. Первый, а также второй детекторы выполнены либо в виде чувствительных элементов детекторов по теплопроводности с малыми геометрическими размерами спиралей чувствительных элементов, либо в виде планарных микроэлектронных чувствительных элементов детекторов по теплопроводности. Газовая линия задержки выполнена либо в виде металлической трубки, диаметр которой много меньше ее длины, либо в виде пластиковой трубки, диаметр которой много меньше ее длины. Измерительный объем выполнен либо в виде металлической трубки, диаметр которой много меньше ее длины, либо в виде пластиковой трубки, диаметр которой много меньше ее длины. Линии задержки и измерительные объемы соседних измерительных каналов выполнены из трубок с различным внутренним диаметром. Линия задержки и измерительный объем выполнены в виде трубок, свернутых в спираль. Источник газа метки потока выполнен в виде баллона с газом метки потока.The problem is solved in that the device for determining the volumetric flow rate of the measured gas stream contains a gas pressure regulator of the flow label, which is configured to connect a flow label to the gas source; thermostat; a flow switch, which is configured to switch the direction of the measured gas flow; at least two measuring channels, each of which is capable of measuring the volumetric flow rate of the measured gas flow with partially overlapping ranges of flow measurement of adjacent channels and containing a flow line that is configured to fit into the internal volume of the thermostat, with the possibility of passing the measured gas flow, and the gas label of the flow of a given volume and contains the gas delay line, arranged in the direction of flow in the order of mention, the first detector, which is made with the possibility of measuring the gas concentration of the label flow in the measured gas stream, a measuring volume, a second detector, which is configured to measure the gas concentration of the label gas flow in the measured gas stream; as well as a block of pulse input of gas flow labels, the output of which is connected to the input of the gas delay line; a temperature sensor that is configured to measure the temperature in the measured gas flow and is connected to the output of the gas delay line; a first absolute pressure sensor that is connected to the first detector; a second absolute pressure sensor that is connected to the second detector; in this case, the flow switch is placed in the internal volume of the thermostat, one of the outputs of the flow switch is connected to the flow line at the junction of the output of the pulse mark gas supply unit with the delay line, and the output of the pressure mark gas pressure regulator is connected to the input of each pulse mark gas input unit . In this case, the block of gas pulse input of the flow mark is configured to introduce into the flow the gas volume of the flow mark necessary for a given measured volume flow of the measured gas flow. The block of pulse input of the gas of the flow label is based on a two-way electro-pneumatic valve and gas throttle. The flow switch is based on two-way electro-pneumatic valves. The thermostat is made in the form of a closed volume with the ability to maintain the set temperature value inside the volume. The flow line is configured to allow gas to pass through a flow mark significantly different from the thermal conductivity of the measured gas flow. The first as well as the second detectors are made either in the form of sensitive elements of thermal conductivity detectors with small geometric dimensions of the spirals of sensitive elements, or in the form of planar microelectronic sensitive elements of thermal conductivity detectors. The gas delay line is made either in the form of a metal tube, the diameter of which is much less than its length, or in the form of a plastic tube, the diameter of which is much less than its length. The measuring volume is made either in the form of a metal tube, the diameter of which is much less than its length, or in the form of a plastic tube, the diameter of which is much less than its length. Delay lines and measuring volumes of adjacent measuring channels are made of tubes with different inner diameters. The delay line and the measuring volume are made in the form of tubes rolled into a spiral. The gas source of the flow label is made in the form of a cylinder with gas flow label.

Технический эффект от заявляемого технического решения заключается в расширении средств данного назначения. Кроме того, в возможности измерять объемные расходы любых газов, газовых смесей произвольного состава, в том числе газовых смесей с температурой конденсации ниже температуры термостата, в определении объемного расхода с погрешностью не более 1% от измеряемого значения.The technical effect of the proposed technical solution is to expand the funds for this purpose. In addition, it is possible to measure the volumetric flow rates of any gases, gas mixtures of arbitrary composition, including gas mixtures with a condensation temperature below the temperature of the thermostat, in determining the volumetric flow rate with an error of not more than 1% of the measured value.

Заявляемое техническое решение поясняется Фиг. 1, на которой показана блок-схема заявляемого технического решения, в случае его исполнения имеющим три измерительных канала, где 1 - баллон с газом метки потока, 2 - регулятор давления газа метки потока, 3 - блок импульсного ввода газа метки потока, 4 - газовая линия задержки, 5 - датчик температуры, 6 - первый детектор, 7 - первый датчик абсолютного давления, 8 - измерительный объем, 9 - второй детектор, 10 - второй датчик абсолютного давления, 11 - термостат, 12 - коммутатор потока.The claimed technical solution is illustrated in FIG. 1, which shows a block diagram of the claimed technical solution, in the case of its execution having three measuring channels, where 1 is a cylinder with gas flow mark, 2 is a pressure regulator gas pressure flow mark, 3 is a block of pulse input gas flow mark, 4 - gas delay line, 5 - temperature sensor, 6 - first detector, 7 - first absolute pressure sensor, 8 - measuring volume, 9 - second detector, 10 - second absolute pressure sensor, 11 - thermostat, 12 - flow switch.

Устройство для реализации заявляемого технического решения собирают известными из настоящего уровня техники способами.A device for implementing the claimed technical solution is assembled by methods known in the art.

Вход регулятора давления газа метки потока 2 подключают к источнику газа метки потока, например к баллону с газом метки потока 1. Выход регулятора давления газа метки потока 2 подключен к входу блока импульсного ввода газа метки потока 3, выход блока импульсного ввода газа метки потока 3 подключен к входу газовой линии задержки 4. Датчик температуры 5 выполнен с возможностью измерения температуры измеряемого потока газа и подключен к выходу газовой линии задержки. Первый датчик абсолютного давления 7 герметично соединен с первым детектором 6, второй датчик абсолютного давления 10 герметично соединен со вторым детектором 9. Коммутатор потока 12 помещен во внутренний объем термостата 11, один из выходов коммутатора потока 12 подключен к измерительной линии потока 8 в месте соединения выхода блока импульсного ввода газа метки потока 3 с газовой линией задержки 4, а выход регулятора давления газа метки потока 2 соединен с входом каждого блока импульсного ввода газа метки потока 3. Одна из линий потока, например первая, расположена в направлении движения измеряемого потока газа и герметично соединена с одним из выходов коммутатора потока 12, при этом в линии потока расположены в порядке упоминания и герметично соединены между собой газовая линия задержки 4, первый детектор 6, измерительный объем 8, второй детектор 9.The input of the gas pressure regulator of the flow label 2 is connected to the gas source of the flow label, for example, to the gas cylinder of the flow label 1. The output of the gas pressure regulator of the flow label 2 is connected to the input of the pulse input of the gas of flow label 3, the output of the pulse input of the gas of flow label 3 is connected to the input of the gas delay line 4. The temperature sensor 5 is configured to measure the temperature of the measured gas flow and is connected to the output of the gas delay line. The first absolute pressure sensor 7 is hermetically connected to the first detector 6, the second absolute pressure sensor 10 is hermetically connected to the second detector 9. The flow switch 12 is placed in the internal volume of the thermostat 11, one of the outputs of the flow switch 12 is connected to the measuring line of the flow 8 at the junction of the output unit pulse input gas label flow 3 with a gas delay line 4, and the output of the gas pressure regulator gas label flow 2 is connected to the input of each unit pulse input gas gas label 3. One of the flow lines, for example p first, located in the direction of movement of the measured gas flow and hermetically connected to one of the outputs of the flow switch 12, while in the flow line are located in the order of mention and tightly interconnected gas delay line 4, the first detector 6, the measuring volume 8, the second detector 9.

К линии потока в месте соединения одного из выходов коммутатора потоков с входом линии задержки герметично присоединен блок импульсного ввода газовой метки потока 3, в месте соединения линии задержки с первым детектором герметично присоединен датчик температуры 5, первый датчик абсолютного давления 7 герметично присоединен к первому детектору, второй датчик абсолютного давления 10 герметично присоединен ко второму детектору. Коммутатор потока 12, газовая линия задержки 4, первый детектор 6, измерительный объем 8, второй детектор 9 расположены в термостате.At the junction of one of the outputs of the flow switch with the input of the delay line, the impulse input unit for the gas flow label 3 is hermetically connected, at the junction of the delay line with the first detector, the temperature sensor 5 is hermetically connected, the first absolute pressure sensor 7 is hermetically connected to the first detector, the second absolute pressure sensor 10 is hermetically connected to the second detector. The flow switch 12, the gas delay line 4, the first detector 6, the measuring volume 8, the second detector 9 are located in the thermostat.

Измерения проводят следующим образом. Задают и устанавливают в термостате 11 рабочую температуру для измерения расхода, при этом рабочая температура превышает температуру конденсации компонентов в измеряемом потоке газа. Регулятором давления газа метки потока 2 устанавливают заданное значение давления на входе устройства импульсного ввода газовой метки потока 3. Подают поток газа на вход коммутатора потока 12 и направляют его коммутатором 12 в линию потока с максимальной величиной измерительного объема. Продувают линию потока измеряемым потоком газа. С помощью блока импульсного ввода газа метки потока вводят в измеряемый поток газа заданный объем газа метки потока, при этом подбирают такой объем вводимого газа метки потока, чтобы концентрация газа метки потока в измеряемом потоке газа находилась в линейном диапазоне первого и второго детекторов, а форма пика газовой метки потока была близка к гауссовой с хорошо определенной вершиной, при этом объем вводимого газа метки потока регулируют изменением давления газа метки потока с использованием регулятора давления 2 и длительности ввода. Изменение во времени концентрации газа метки потока в измеряемом потоке газа контролируют первым и вторым детекторами. Разделение во времени пиков и паразитных колебаний сигнала детекторов обеспечивает газовая линия задержки. Измеряют счетчиком времени временной интервал между максимумами регистрируемых пиков, соответствующий времени прохождения газовой меткой потока расстояния между первым и вторым детекторами. Если определенный временной интервал между пиками превышает предельно допустимый, переключают измеряемый поток газа коммутатором 12 на линию потока с меньшей величиной измерительного объема и меньшим объемом газовой линии задержки и повторяют процедуру ввода газа метки потока, подбора давления газа метки потока и длительности ввода. Измеряют давление в измеряемом потоке газа на входе измерительного объема первым датчиком абсолютного давления 7 и на выходе измерительного объема вторым датчиком абсолютного давления 10. Измеряют температуру в потоке измеряемого газа датчиком температуры 5.The measurements are carried out as follows. The operating temperature for measuring the flow rate is set and set in the thermostat 11, while the operating temperature exceeds the condensation temperature of the components in the measured gas flow. The gas pressure regulator of the flow label 2 sets the pressure value at the inlet of the pulse input device of the gas flow label 3. The gas flow is fed to the input of the flow switch 12 and directed by the switch 12 to the flow line with the maximum value of the measuring volume. Purge the flow line with a measured gas flow. Using the pulsed gas inlet unit, flow labels introduce a predetermined volume of gas flow labels into the measured gas flow, and a volume of gas flow labels is selected such that the gas concentration of the flow mark in the measured gas flow is in the linear range of the first and second detectors, and the peak shape of the gas flow label was close to Gaussian with a well-defined apex, while the volume of the introduced gas flow label is controlled by changing the pressure of the gas flow label using pressure regulator 2 and the duration of the input . The change in time of gas concentration of the flow label in the measured gas stream is monitored by the first and second detectors. The time separation of the peaks and spurious oscillations of the detector signal is provided by the gas delay line. The time interval between the peaks of the recorded peaks corresponding to the time the gas marks travel the distance between the first and second detectors is measured with a time meter. If the specified time interval between the peaks exceeds the maximum allowable, switch the measured gas flow by the switch 12 to the flow line with a smaller value of the measuring volume and a smaller volume of the gas delay line and repeat the procedure for entering the gas of the flow mark, selecting the gas pressure of the flow mark and the duration of the input. The pressure in the measured gas flow at the inlet of the measuring volume is measured by the first absolute pressure sensor 7 and at the output of the measuring volume by the second absolute pressure sensor 10. The temperature in the measured gas stream is measured by the temperature sensor 5.

Объемный расход измеряемого потока газа приведенный к нормальным условиям (0°C и 760 мм рт.ст.), рассчитывают по формуле W=V⋅P⋅T0/(P0⋅T⋅t), где V - величина измерительного объема между контрольными точками, P=(P1+P2)/2 - среднее арифметическое значение давления газа в измерительном объеме в мм рт.ст., Т - температура газа в потоке в К, TO=273.15 К, PO - нормальное атмосферное давление (760 мм рт.ст.), t - время прохождения газовой метки потока между первым и вторым детекторами.The volumetric flow rate of the measured gas flow reduced to normal conditions (0 ° C and 760 mm Hg) is calculated by the formula W = V⋅P⋅T 0 / (P 0 ⋅T⋅t), where V is the value of the measuring volume between control points, P = (P 1 + P 2 ) / 2 is the arithmetic mean of the gas pressure in the measuring volume in mm Hg, T is the temperature of the gas in the stream in K, T O = 273.15 K, P O is the normal atmospheric pressure (760 mm Hg), t is the transit time of the gas mark of the flow between the first and second detectors.

Предложенное устройство имеет следующие преимущества.The proposed device has the following advantages.

1) Возможность определять объемные расходы газов и газовых смеси самого различного состава в широком диапазоне расходов, в том числе и малые расходы.1) The ability to determine the volumetric flow rates of gases and gas mixtures of various compositions in a wide range of costs, including low costs.

Эта возможность связана со свойствами газовой метки потока и конструкцией устройства. Во-первых, для создания газовой метки потока можно использовать самые различные газы, в том числе инертные, отличающиеся по физическим характеристикам от измеряемого газа или газовой смеси. При этом инертный газ метки потока химически не взаимодействует с измеряемым потоком газа и состав газа метки потока не изменяется. Во-вторых, линия задержки и измерительный объем выполняют в виде трубок малого диаметра и большой длины, что обеспечивает «поршневой» режим распространения газовой метки потока, при этом скорость диффузионного расплывания газовой метки потока вдоль направления движения измеряемого потока газа ограничена малым сечением трубок. Две эти особенности предлагаемого устройства измерения объемного расхода обеспечивают высокую стабильность газовой метки потока и позволяют проводить измерения в широком интервале линейных скоростей измеряемого потока газа, соответствующих времени прохождения газовой метки потока между контрольными точками, соответствующими первому и второму датчику газовой метки потока от 1 до 200 секунд. Отсутствие особых ограничений на чистоту измеряемых газов обеспечивается отсутствием механических движущихся частей в устройстве измерения объемного расхода и высокой стабильностью газовой метки потока.This possibility is associated with the properties of the gas flow label and the design of the device. First, a wide variety of gases can be used to create a gas flow label, including inert gases that differ in physical characteristics from the measured gas or gas mixture. In this case, the inert gas of the flow label does not chemically interact with the measured gas flow and the composition of the gas of the flow label does not change. Secondly, the delay line and the measuring volume are made in the form of tubes of small diameter and large length, which provides a “piston” mode of propagation of the gas flow mark, while the diffusion velocity of the gas flow mark along the direction of motion of the measured gas flow is limited by the small cross-section of the tubes. These two features of the proposed device for measuring the volumetric flow rate provide high stability of the gas flow mark and allow measurements in a wide range of linear velocities of the measured gas flow, corresponding to the passage of the gas flow mark between the control points corresponding to the first and second gas flow meter sensors from 1 to 200 seconds . The absence of special restrictions on the purity of the measured gases is ensured by the absence of mechanical moving parts in the device for measuring volumetric flow and high stability of the gas flow label.

2) Возможность измерять объемные расходы газовых смесей с температурой конденсации компонентов выше комнатной.2) The ability to measure the volumetric flow rates of gas mixtures with a condensation temperature of components above room temperature.

Наличие термостата, используемого для нагрева измеряемого потока газа и поддержания заданной температуры, позволяет проводить измерения объемного расхода многокомпонентных газовых смесей с температурой конденсации компонентов измеряемого потока газа, не превышающей температуру термостата. При использовании в качестве детекторов чувствительных элементов детекторов по теплопроводности может быть обеспечена допустимая рабочая температура в термостате до 180°C.The presence of a thermostat used to heat the measured gas flow and maintain the set temperature allows the volumetric flow rate of multicomponent gas mixtures to be measured with a condensation temperature of the components of the measured gas flow not exceeding the temperature of the thermostat. When used as detectors of sensitive elements of thermal conductivity detectors, a permissible operating temperature in the thermostat of up to 180 ° C can be ensured.

3) Возможность достижения высокой точности измерения объемного расхода.3) The ability to achieve high accuracy measurement of volumetric flow.

Высокая точность измерения расхода обусловлена следующими факторами:High accuracy of flow measurement is due to the following factors:

а) высокой точностью определения величины измерительного объема между контрольными точками, которая обеспечивается специальной процедурой калибровки;a) high accuracy in determining the magnitude of the measuring volume between the control points, which is provided by a special calibration procedure;

б) предварительным подогревом измеряемого потока газа в газовой линии задержки, обеспечивающим высокую однородность и стабильность температуры в измеряемом потоке газа в направлении движения потока;b) by preheating the measured gas flow in the gas delay line, providing high uniformity and temperature stability in the measured gas flow in the direction of flow;

в) измерением с высокой точностью распределения давления в измеряемом потоке вдоль направления движения потока с использованием микроэлектронных датчиков давления;c) measuring with high accuracy the pressure distribution in the measured stream along the direction of flow using microelectronic pressure sensors;

г) высокой точностью измерения времени прохождения газовой метки потока между контрольными точками, которая обеспечивается стробированием с высокой частотой сигнала первого и второго детекторов, математической обработкой формы пиков, усреднением результатов измерений по задаваемому числу реализаций процедуры измерений.d) high accuracy of measuring the transit time of the gas flow mark between the control points, which is ensured by high-frequency gating of the signal of the first and second detectors, mathematical processing of the peak shape, averaging of the measurement results over a specified number of implementations of the measurement procedure.

Пределы допускаемой относительной погрешности при измерении объемного расхода в заявляемом техническом решении не превышают ±1% в диапазоне расходов от 5 до 2500 см3/мин (Свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.29.001.A №53871 от 04.02.2014 г.; описание типа средства измерения).The limits of permissible relative error when measuring the volume flow in the claimed technical solution do not exceed ± 1% in the flow range from 5 to 2500 cm 3 / min (Certificate of approval of the type of measuring instruments RU.C.29.001.A No. 53871 dated 04/04/2014 ; description of the type of measuring instrument).

Claims (12)

1. Устройство для определения объемного расхода измеряемого потока газа содержит регулятор давления газа метки потока, который выполнен с возможностью подключения к его входу источника газа метки потока; термостат; коммутатор потока, который выполнен с возможностью переключения направления измеряемого потока газа; хотя бы два измерительных канала, каждый из которых выполнен с возможностью измерения объемного расхода измеряемого потока газа с частично перекрывающимися диапазонами измерения расхода соседних каналов и содержащим линию потока, которая выполнена с возможностью помещения во внутренний объем термостата, с возможностью пропускания измеряемого потока газа, а также газовой метки потока заданного объема и содержит размещенные по направлению движения потока в порядке упоминания газовую линию задержки, первый детектор, который выполнен с возможностью измерения концентрации газа метки потока в потоке измеряемого потока газа, измерительный объем, второй детектор, который выполнен с возможностью измерения концентрации газа метки потока в измеряемом потоке газа; а также блок импульсного ввода газа метки потока, выход которого подключен ко входу газовой линии задержки; датчик температуры, который выполнен с возможностью измерения температуры в измеряемом потоке газа и подключен к выходу газовой линии задержки; первый датчик абсолютного давления, который соединен с первым детектором; второй датчик абсолютного давления, который соединен со вторым детектором; при этом коммутатор потока помещен во внутренний объем термостата, один из выходов коммутатора потока подключен к линии потока в месте соединения выхода блока импульсного ввода газа метки потока с линией задержки, а выход регулятора давления газа метки потока соединен с входом каждого блока импульсного ввода газа метки потока.1. The device for determining the volumetric flow rate of the measured gas stream contains a gas pressure regulator of the flow label, which is configured to connect a flow label to the gas source; thermostat; a flow switch, which is configured to switch the direction of the measured gas flow; at least two measuring channels, each of which is capable of measuring the volumetric flow rate of the measured gas flow with partially overlapping ranges of flow measurement of adjacent channels and containing a flow line that is configured to fit into the internal volume of the thermostat, with the possibility of passing the measured gas flow, and the gas label of the flow of a given volume and contains the gas delay line, arranged in the direction of flow in the order of mention, the first detector, which is made with the ability to measure the gas concentration of the flow label in the flow of the measured gas stream, a measuring volume, a second detector, which is configured to measure the gas concentration of the flow label in the measured gas stream; as well as a block of pulse input of gas flow labels, the output of which is connected to the input of the gas delay line; a temperature sensor that is configured to measure the temperature in the measured gas flow and is connected to the output of the gas delay line; a first absolute pressure sensor that is connected to the first detector; a second absolute pressure sensor that is connected to the second detector; in this case, the flow switch is placed in the internal volume of the thermostat, one of the outputs of the flow switch is connected to the flow line at the junction of the output of the pulse mark gas supply unit with the delay line, and the output of the pressure mark gas pressure regulator is connected to the input of each pulse mark gas input unit . 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок импульсного ввода газовой метки потока выполнен с возможностью ввода в поток необходимого для данного объемного расхода измеряемого потока газа объема газа метки потока.2. The device according to claim 1, characterized in that the pulse input unit of the gas flow label is configured to introduce into the flow the measured volume of gas flow of the gas flow label necessary for a given volume flow. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок импульсного ввода газовой метки потока выполнен на основе двухходового электропневмоклапана и газового дросселя.3. The device according to claim 1, characterized in that the pulse input unit of the gas flow mark is made on the basis of a two-way electro-pneumatic valve and a gas throttle. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коммутатор потока выполнен на основе двухходовых электропневмоклапанов.4. The device according to claim 1, characterized in that the flow switch is based on two-way electro-pneumatic valves. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что термостат выполнен в виде закрытого объема с возможностью поддержания внутри объема заданного значения температуры.5. The device according to p. 1, characterized in that the thermostat is made in the form of a closed volume with the ability to maintain the set temperature value inside the volume. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линия потока выполнена с возможностью пропускания газа метки потока с теплопроводностью, значительно отличающейся от теплопроводности измеряемого потока газа.6. The device according to p. 1, characterized in that the flow line is configured to transmit gas flow labels with thermal conductivity significantly different from the thermal conductivity of the measured gas stream. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый, а также второй детекторы выполнены либо в виде чувствительных элементов детекторов по теплопроводности с малыми геометрическими размерами спиралей чувствительных элементов, либо в виде пленарных микроэлектронных чувствительных элементов детекторов по теплопроводности.7. The device according to claim 1, characterized in that the first as well as the second detectors are made either in the form of sensitive elements of thermal conductivity detectors with small geometric dimensions of the spirals of sensitive elements, or in the form of plenary microelectronic sensitive elements of thermal conductivity detectors. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газовая линия задержки выполнена либо в виде металлической трубки, диаметр которой много меньше ее длины, либо в виде полимерной трубки, диаметр которой много меньше ее длины.8. The device according to p. 1, characterized in that the gas delay line is made either in the form of a metal tube, the diameter of which is much less than its length, or in the form of a polymer tube, the diameter of which is much less than its length. 9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительный объем выполнен либо в виде металлической трубки, диаметр которой много меньше ее длины, либо в виде полимерной трубки, диаметр которой много меньше ее длины.9. The device according to p. 1, characterized in that the measuring volume is made either in the form of a metal tube, the diameter of which is much less than its length, or in the form of a polymer tube, the diameter of which is much less than its length. 10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линии задержки и измерительные объемы соседних измерительных каналов выполнены из трубок с различным внутренним диаметром.10. The device according to claim 1, characterized in that the delay lines and the measuring volumes of the adjacent measuring channels are made of tubes with different inner diameters. 11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линия задержки и измерительный объем выполнены в виде трубок, свернутых в спираль.11. The device according to p. 1, characterized in that the delay line and the measuring volume are made in the form of tubes rolled into a spiral. 12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник газа метки потока выполнен в виде баллона с газом метки потока.12. The device according to p. 1, characterized in that the gas source of the flow label is made in the form of a cylinder with gas flow label.
RU2017108061A 2017-03-10 2017-03-10 Device for gas volumetric flow rate measurement RU2644457C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017108061A RU2644457C1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 Device for gas volumetric flow rate measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017108061A RU2644457C1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 Device for gas volumetric flow rate measurement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2644457C1 true RU2644457C1 (en) 2018-02-12

Family

ID=61226686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017108061A RU2644457C1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 Device for gas volumetric flow rate measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2644457C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3614892A (en) * 1969-04-11 1971-10-26 M & J Valve Co Flowmeter temperature compensation system and method
US4253156A (en) * 1979-06-22 1981-02-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Automatic flowmeter calibration system
US5684246A (en) * 1992-04-30 1997-11-04 Sierra Instruments, Inc. Method and apparatus for improved flow rate measurement and calibration
CN103278220A (en) * 2013-06-05 2013-09-04 中国计量学院 Method for rapidly verifying intrinsic errors of membrane type gas meter and device thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3614892A (en) * 1969-04-11 1971-10-26 M & J Valve Co Flowmeter temperature compensation system and method
US4253156A (en) * 1979-06-22 1981-02-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Automatic flowmeter calibration system
US5684246A (en) * 1992-04-30 1997-11-04 Sierra Instruments, Inc. Method and apparatus for improved flow rate measurement and calibration
CN103278220A (en) * 2013-06-05 2013-09-04 中国计量学院 Method for rapidly verifying intrinsic errors of membrane type gas meter and device thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100772802B1 (en) Method for measuring fluid component concentrations and apparatus therefor
CA2489944A1 (en) Venturi augmented flow meter
WO2016187285A1 (en) Revolving ultrasound field multiphase flowmeter
WO2018086086A1 (en) Method for improving accuracy of oxygen concentration detection
US20130219986A1 (en) Method and apparatus for calibrating a flow meter
RU2644457C1 (en) Device for gas volumetric flow rate measurement
JP5559091B2 (en) Calibration device for flow measuring device
NO20171056A1 (en) Ultrasonic viscometer
JP2019506608A5 (en)
Youn et al. Concentration measurement systems with stable solutions for binary gas mixtures using two flowmeters
Chaboki et al. Experimental and simulation studies of the effect of restrictor and distributor on the performance of thermal mass flow meter
CN112964323B (en) Saturated wet steam mass flow and dryness measuring device and measuring method
RU2743511C1 (en) Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device
Yamazaki et al. A concentration measurement system for binary gas mixtures using two flowmeters
RU73600U1 (en) SPIROMETER
RU2476827C1 (en) Flow measuring method of two-phase three-component medium
JP2016109615A (en) Flowmeter
JP2009014533A (en) Thermal flow meter
Szulikowski et al. Directional sensitivity of differential pressure sensors of gas velocity used in manual gravimetric measurements of dust emissions from stationary sources
RU2455618C1 (en) Apparatus for measuring flow rate of gas streams containing droplet phase
RU2737243C1 (en) In-line instrument for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device
CN109324208A (en) A kind of vehicle repair major current density based on ultrasonic velocity method, mass flow and phase content integrated analysis instrument
RU2142642C1 (en) Process determining profile of flow rate of liquid in section of pipe-line
RU2758778C2 (en) Apparatus for measuring the mass flow rate of gaseous media
JP6879850B2 (en) Fluid measuring device, fluid control system and control program

Legal Events

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

Effective date: 20200311