RU1795290C - Устройство дл измерени расхода текучих сред - Google Patents

Abstract

Использование: измерение расхода среды с переменной температурой. Сущность изобретени : в симметричном тепло- провод щем теле выполнены проточные полости, в которых размещены термочувствительные элементы, соединенные в измерительную схему. Объем каждой последующей полости (в направлении потока среды) увеличен по отношению к предыдущей на одинаковую величину дл  линеаризации выходной характеристики. 2 ил,

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и предназначено дл  измерени  расходов газов и жидкостей с измен ющейс  входной температурой потока.

Известно устройство дл  измерени  расхода текучих сред, содержащее пр мо- ли ейный измерительный трубопровод, на внешней поверхности которого расположен нагревательный элемент. По обеим сторона нагревательного элемента на одной оси расположены термочувствительные эле- меЕрты, выполненные в виде двух обмоток, охватывающих измерительный трубопровод . Величину расхода определ ют по раз- нофти температур в измерительном трубопроводе, возникающей при движении текущей среды внутри измерительного трубопровода .

Недостатки известного устройства за- клю;чаютс  в том, что разность температур в измерительном трубопроводе зависит не только от расхода текучей среды, но и от ее темЬературы, а также от температуры окру- жакЬщей среды (воздуха), от изменени  мощности нагревател , котора  зависит от

изменени  напр жени  в сети. Кроме того, зависимость между разностью температур и расходом текучей среды носит  рко выраженный нелинейный характер, что снижает метрологические параметры устройства. Размещение нагревательного и измерительных элементов непосредственно на из- мерительном трубопроводе требует об зательного демонтажа всего устройства в случае выхода из стро  одного-и элемен- тов. Кроме того, известное устройство требует индивидуальной градуировки каждого элемента.

Известно также устройство дл  измерени  расхода текучих сред, содержащее симметричное теплопровод щее тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на рассто нии от оси выполнено несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы, соединенные с измерительной схемой. Проточные полости имеют одинаковый диаметр, одинаковую длину и, следовательно, одинаковый объем, Термочувствительные элементы также имесо

с

VI о ел ю о о

ют одинаковые размеры и поэтому между ними и стенками проточных полостей образуютс  проточные каналы одинакового сечени , что обусловливает одинаковую скорость протекани  измер емой текучей среды по этим каналам. Поэтому врем  пребывани  текучей среды в каждой проточной полости будет одинаковым, что приводит к одинаковому и незначительному приращению температуры нагрева среды в каждой полости и, следовательно, к снижению чувствительности устройства при повышении расхода текучей среды. Ограничение по ди- апазону измерений сопровождаетс  резко нелинейной характеристикой зависимости выходного сигнала известного устройства от расхода текучей среды, что, в свою очередь , снижает его метрологические параметры .

Задачей изобретени   вл етс  линеа- ризаци  выходной характеристики устройства за счет увеличени  времени пребывани  текучей среды в проточных полост х .

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что в устройстве дл  измерени  расхода текучих сред, содержащем симметричное теплопроводное тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на рассто нии от оси выполнено несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы , соединенные с измерительной схемой, согласно изобретению объем каждой последующей полости увеличен по от- ношению к предыдущей на одинаковую

величину.

Линеаризаци  выходной характеристики устройства достигаетс  за счет повышени  чувствительности в верхнем пределе измерений посредством увеличени  времени пребывани  текучей .среды в проточных полост х и увеличени  в св зи с этим разности между входной и выходной температурами измер емой жидкости.

На фиг. 1 показан общий вид датчика устройства в аксонометрии; на фиг. 2 - элементарна  электрическа  схема прибора дл  измерени  температурного градиента в измер емой среде.

Устройство дл  измерени  расхода текучих сред содержит симметричное тепло- лровод щее тело, играющее, роль измерительного теплопровода и представ- л ющее собой монолитный корпус 1, имею- щий форму параллелепипеда, внутри которого параллельно его центральной оси и на некотором рассто нии от нее выполнены четыре последовательно соединенные между собой цилиндрические проточные

5 10 15

20

25 30 35

40 45

50

55

полости 2, 3, 4 и 5. При этом объем каждой последующей по ходу потока жидкости проточной полости 3, 4 и 5 увеличен по сравнению с объемом предыдущей на одинаковую величину. Например, если проточна  полость 2 имеет объем, составл ющий 10 см3. то последующа  полость 3 имеет объем 15 см , полость 4 имеет объем на 5см больше, т.е. 20 см3, а полость 5-25 см3, т.е. на 5 см больше, чем предыдуща  полость 4. В каждой проточной полости 2, 3, 4 и 5 установлены с зазором к стенкам этих полостей стандартные съемные термочувствительные элементы б, закрепленные на корпусе 1 с помощью резьбовых соединений (не показаны ). Термочувствительные элементы 6  вл ютс  термосопротивлени ми. Полость 2 снабжена входным патрубком 7, а полость 5 - выходным патрубком 8 дл  подвода и отвода измер емой текучей среды. Вдоль центральной оси корпуса 1 в отверстии 9 установлен нагревательный элемент 10, в качестве которого может быть использован электронагревательный элемент стандартного типа. Термочувствительные элементы 6 имеют электрические сопротивлени  RI, R2, Нз, R4 и включены в измерительную схему четырехкатушечного логометра, содержащего четыре измерительные обмотки WL

W2, W3, W4 (СМ. фИГ. 2).

Логометрическа  измерительна  схема запитана от посто нного источника питани , а нагреватель 10 может питатьс  от латора переменным током.

Перед началом измерений расхода текучей среды производитс  прогрев корпуса 1 путем включени  его нагревател  10 в сеть при заполненных проточных полост х 2, 3, 4 и 5 измер емой текучей средой. В ходе прогрева измерительного теплопровода - корпуса 1 температура в нем стабилизируетс , т.е. распредел етс  равномерно и симметрично относительно нагревател  10 и измерительных термочувствительных элементов 6. При этом по мере стабилизации температурного пол  в корпусе 1 стабилизируютс  температура и в жидкости, наход щейс  в проточных полост х 2, 3, 4 и 5. Окончание прогрева датчика в целом будет характеризоватьс  равенством электрических сопротивлений термочувствительных элементов 6. При этом вектор суммарного теплового пол  по отношению к тепловому полю корпуса 1 не имеет определенной направленности, что приводит к равенству токов, протекающих через катушки логометра Wi, Л/2, Л/з, Л/4. Формирующее магнитное поле в логометре при этом отсутствует , т.е. вектор магнитного потока равен нулю и, следовательно, стрелка логометра

будет находитьс  в левой нулевой части шкалы, около посто нного магнита.

Работа прибора происходит следующим образом.

Измер ема  среда поступает в патрубок 7 и вытекает через патрубок 8. При движении текучей среды вдоль последовательно соединенных проточных полостей 2, И, 4 и 5 происходит ее нагрев. Ввиду того, что объем каждой последующей по ходу Движени  потока среды проточной полости 3, 4 и 5 увеличен, врем  пребывани  частиц Среды в каждой последующей полости уве- л ичиваетс , что приводит к разной степени Нагревани  среды. В полости 2, имеющей наименьший объем, происходит наиболее б;ыстрое изменение температуры среды, Протекающей в этой полости, в сторону ее уменьшени . Этим объ сн етс  резкое по- в;ышение чувствительности прибора..в.-на- Цальной области диапазона измерений расхода текучей среды. В полости 5, имеющей максимальный рабочий объем, измене- н|ие температуры протекающей через нее тЬкучей среды происходит .при значитель- н|ых расходах среды по сравнению с температурой в полости 2. Таким образом, Главное нарастание объемов проточных подсетей значительно расшир ет диапазон Измерени  расходов, что в свою очередь линеаризует градуировочную характери- с;тику расходомера. Резка  разница в степе- йи нагрева среды в проточных полост х 3,4, и 5 создает значительный градиент температуры , который фиксируетс  измерительной схемой, в состав которой вход т измерительные элементы 6. Перераспределение токов в элементах 6 формирует в логометре

соответствующее магнитное поле, угол поворота которого однозначно св зан с углом поворота теплового пол  в измерительном теплопроводе и,соответственно,теплового пол  в проточных полост х 2, 3, 4 и 5.

При изменении температурного пол  в корпусе 1 по причине изменени  температуры входного потока измер емой сдеды или от изменени  внешней температуры, т.е.

температуры окружающего воздуха, измен етс  и модуль температурного пол  и в проточных полост х 2, 3, 4 и 5, однако при этом угол поворота этого пол  остаетс  неизменным , а следовательно, изменение выше перечисленных параметров не сказываетс  на точности измерени  расхода в целом. Изменение напр жени , питающего измерительную схему, не приводит к изменени м показаний логометра, так как

при этом измен ютс  токи в катушках лого- метра, но угол поворота магнитного пол  от этого не мен етс . Благодар  высокой разности между входной и выходной температурами измер емой среды предложенное

устройство имеет высокую чувствительность в более широком диапазоне измерений , что позвол ет линеаризировать его выходную характеристику и, следовательно, повысить его метрологические параметры.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и  

Устройство дл  измерени  расхода те- кучих Сред, содержащее симметричное теп- л|опровод щее тело, вдоль оси которого установлен нагреватель, а на рассто нии от с|си выполнены несколько последовательно соединенных проточных полостей, в которых размещены термочувствительные элементы , соединенные с измерительной схемой , отличающеес  тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики устройства; объем каждой последующей полости увеличен по отношению к предыдущей на одинаковую величину.