Способ определения расхода тепла, приносимого потоком нагретой среды

3 Щ 14701 О Класс 421 17 о 2СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ Подписная гругиа Лд 153В. С. Каханович СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА, ПРИНОСИМОГО ПОТОКОМ НАГРЕТОЙ СРЕДЫ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБАЗаявлено 27 января 1961 г. за Мо 695008/26 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРОпубликовано в Бюллетене изобретений М 9 за 1962 г.Известны способы определения расхода тепла, приносимого потоком нагретой среды, с коррекцией по удельному весу, теплосодержанию, коэффициенту расхода, коэффициентам расширения среды, а также сужающего устройства и трубопровода. Известны также устройства для осуществления подобных способов, в которых умножение величин, входящих в уравнение расхода тепла, производится путем пх преобразования в электрические величины с последующим умножением и регистрацией результатов умножения с помощью электрического счетчика. Подобные способы и устройства сложны и малоэффективны.В предлагаемом способе величины удельного веса, теплосодержания и коэффициент расхода вводятся в выражение для определения расхода тепла потоком, нагретой среды в виде произведений постоянного коэффициента на два сомножителя, один из которых зависит только от температуры, другой же только от давления, а коэффициенты расширения среды и сужающего устройства с трубопроводом вводятся в это же выражение в виде произведения постоянных коэффициентов на сомножители, зависящие соответственно от температуры и давления, что достигается применением в устройстве для осуществления способа потенциометрических датчиков расхода, давления и температуры, соединенных в множительно-делительную схему, Это позволяет увеличить точность определения тепла потока нагретой среды и упростить ввод коррекции на изменение указанных величин вследствие изменения температуры и давления.На чертеже приведена принципиальная электрическая множитель- но-делительная схема, поясняющая описываемый способ.Расход тепла методом учета теплосодержания и расхода теплоносителя (пара, газа) по перепаду давления на сужающем устройстве в общем случае определяется следующей зависимостью:Я = 6 л = Ка.в.К,лРл l"/ ккал час, (1)- 10 --147010 Предмет изобретения 1, Способ определения расхода тепла, приносимого потоком нагретой среды, с коррекцией по удельному весу, теплосодержанию, коэффициенту расхода, коэффициентам расширения среды, а также сужающего устройства и трубопровода, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности определения тепла, потока нагретой среды и упрощения ввода коррекции на изменение указанных величин вследствие изменения температуры и давления, величины удельного веса, тепло- содержания и коэффициент расхода вводятся в выражение для определения расхода тепла потоком нагретой среды в виде произведений постоянного коэффициента на два сомножителя, один из которых зависит только от температуры, другой же только от давления, а коэффициенты расширения среды и сужающего устройства с трубопроводом вводятся в это же выражение в виде произведения постоянных коэффициентов на сомножителп, зависящие соответственно от температуры и да влен ия.2. Устройство для ос ществления способа по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения точности измерений расхода тепла с автоматической коррекцией изменения удельного веса, коэффициента расхода, теплосодержания, а также коэффициентов расширения нагретой среды и сукающего устройства с трубопроводом вследствие изме- кения температуры и давления потока нагретой среды, в нем применены потенциометрические датчики расхода, давления и температуры, соединенные в множительно-делительную схему. Составвслв В. С. Козлов С. Коган 1 скреп А. А. Камышпикова Корь кор Г. Е. Опари сдакто бум. 70;:(108 ц 6 Обвем О,Я 7 пзд. л гк оОО епа 3 коп(2) где то - удельный вес теплоносителя при расчетном давлении Ро ирасчетной температуре То, например, принятых при расчетесужающего устройства, кг/м,Р - действительное давление теплоносителя перед сужающим устройством, кг/см,Т - действительная температура теплоносителя перед сужающимустройством, К;К - коэффициент, характеризующий отклонения теплоносителя отзаконов для идеального газа, или коэффициент сжимаемости.Удельный вес у является сложной функцией температуры и дав.ления теплоносителя, поскольку коэффициент сжимаемости К в выражении (2) также зависит от температуры,и давления.При правильно выбранном сужающем устройстве коэффициентыа и е в большинстве случаев измерения расхода тепла практическиостаются постоянными.Уравнение расхода тепла (1) с коррекцией по всем величинам, зависящим от параметров теплоносителя (давления и температуры), в общем виде запишется; а о Кг .а /(3) где ао, ео, К,о - значения коэффициентов а, е, Кг приратуре го и давлении Ро, принятыхжающего устройства;- значение расхода теплоносителя безряемое дифманометром, кг/час.Объединяя постоянные величины, выражение (3)Я = Кя, а. е. Аг: о г / расчетных темпепри расчете су. коррекции, измеперепишется:"о о К т,(5) где 6 - действительный расход теплоносителя, кг/час;- теплосодержание теплоносителя в рабочем состоянии, т. е,при действительном давлении и температуре, ккал/кг;К, - коэффициент, зависящий от среды, заполняющей дифманометри среды, находящейся в импульсных трубах;а - коэффициент расхода;е - поправочный множитель на расширение;К, - поправочный множитель на тепловое расширение материаласужающего устройства и трубопровода;с - диаметр отверстия сужающегося устройства при температуре 20, мм;Ь - перепад давления на сужающем устройстве, измеряемый дифманометром, мм рт. ст.;; - удельный вес теплоносителя, соответствующий его состояниюперед сужающим устройством, кг/м.Теплосодержание г является сложной функцией температуры и давления теплоносителя,Удельный вес сухих газов и пара выражается уравнениемМ 147010 Величины выражения (4), зависящие как от температуры, так и от давления теплоносителя, а именно;, , а, можно условно представить в следующем виде:(8) К 5 21, 2о где К 5, К 4, К 5 - постоянные коэффициенты;- соответственно значения давлении Р и расчетной температурет. е. при любом, 1, а =1(Р) при 1 = сопз 1; г, о п ри любой оР, - соответственно значения Ротемпературе 1 и расчетном давлении Р т. е.;, 1, а = (1) при Р = сог 1 з(. Если ппедставить величины;, , а по предлагаемому способу прирасчетнык параметрах теплоносителя 1 Р то значения коэффициентов1(3 К 4 К 5 1 1 г л(10) ка.г, г о Ко:= где- 21 ачение те 1 ло:одержаня теплоносителя при расчетных парахСтр.х о, Р 1, а,г,кг.,зна:е 51 ие коэффициента К В Выражениях (1), (3), (1) зависит тслько От температурь, 2 значеп:1 е коэффициента я пр 2 ктически зависит от давлеия и величины расхода измеряемого теплочосителя.Способ представления удельного веса теплоносителя (пара, газов) Д 2 СТ ЗП 2 ЧИТЕЛЬНО МЕНЬШУЮ ПОГРЕШНО ТЬ ПО СР 2 ВНЕ 1 Ю С ВЫРав(ЕНИ- ем (2), если считать в нем коэффициент К постоянным.Из выражений (6), (7), (8) зи оно, что прп отклонениях от расчетного значения только температуры или только давлен:я теплоостсля предлагасмь 4 ш способ преставленпя у, 1, а погрешности совсе 51 е Вост. Вели 1 пы зпаСИИ у, 1, и разбив 21 от 2 два сомо(ителя, ка)кдыЙ из которъ 1 х 32 Висит только От температуры пли только от давления теплоносителя, что дает возможность вводить коррекцию в значение расода тепла на изменения удельного веса у, тсплосодержа 1 я 1, коэффициентоВ О, е, К р 23 дельно ПО температу ре и давлению теплоносителя, а также позволяет значительно упростпгь расчет схем автоматической коррекции.147010 С учетом (6), (7), (8) выражение (4) в общем виде перепишется Я = Кр р оя К, О,р с 1.. ккалчас, (12) ор ро "о ор ро 11 ооро 1 1где К, =К, 1/ К, К.; К = (13)2 О -о К О ОДля случаев измерения расхода тепла, когда значения,коэффициентов а, в в уравнениях (3), (4) можно принять постоянными, выражение (12) примет вид Я=К-, О, с,р юр, К, 1;, ; ккал,час14) 1где К., -К;о 0(15) ВыРажение йор:- сор 1 (, р ЯвлЯетсл фУнкцией давлениЯ тепло/носителяь г р 1;, . -- (Р) (16) зрКУ " :1 (г) (17)Значения выражений (16) и (17) извсстпы цри любых тсмпсратурс и давлении. Они подсчитываются, исходя пз табличных значений соответствующих величин, входящих в этц выражения.Допуская незначительную дополнительную погрешность зависимостии (16) (17) в пределах ввода коррекции, можно представить;(25)- относительное перемещение движка переменного сопротивления Яо,. Яо+ Роп Ро+ Коп(26) Я 1 т Ярп+ Рг коэффициент нагрузки сопротивления Йоо.(27) н Я 1 + Йрп + К Ол Выражение в квадратных скобках (24) характеризует погрешность нагруженного сопротивлением Рпотенциометра. Для уменьшения этой погрешности при относительно малых значениях сопротивления Йможно изменить масштаб питающего напряжения (в с раз), ограничив перемещение движка переменного сопротивления Й сопротивлением ЙоПри этом выражение (24) можно переписать 1 р У С КР, вВ т йрп+Ю(28) Чтобы погрешность от нагрузки сопротивления Роп не превышала допустимую до, например +0,1%, необходимо выполнить следующие соотношения:+ рп+18 При расчете схемы исходят из величины сопротивления термометра сопротивления Р, стандартной градуировки; при этом определению подлежат И Ррп, 1 оп, Йогде И, - балластное сопрогивлеиие, Я, - переменное сопротивление .датчика; Ррп - сопротивление реостатйого датчика первичного или вторичного прибора - манометра: Я, - термометр сопротивления - датчик температуры теплоносителя; Ро, - переменное сопротивление датчика, пропорциональное расходу теплоносителя без коррекции; Р, - компенсационное сопротивление; Рор - сопротивление реостатного датчика вторичного прибора - расходомера; Ь - напряжение питания; Боев напряжение, пропорциональное расходу теплоносителя без коррекции,М 147010 Если принять линейную аппроксимацию кривой, описываемой уравнением расхода тепла, в зависимости от изменения температуры, а также принять, что уравнение прямой принимает значения действительного расхода тепла Яр , и Япри температуре Т, и Т соответствующих нижнему (Т,) и верхнему (Т,) пределам ввода коррек. ции по температуре, то уравнение аппроксимирующей прямой запишется (проходящей через две заданные точки) 2 р, - (р, ., р( - рх ккал1Т, - Т, Т, - Т, час(ккал час, (35) Р 12 1 (Р12 Т, - Т,Гдг хрА хр К К 2; р , р р .- СООтВЕтСтВЕННО ЗиаЧЕ- ния данных величин при расчетном давлении Ри температурах(Т 1) И (2 (Т 2). рКр)ргхр 2 А 2 р 2) "рРР Т 2 - Т,Т, - Т,где Р К 2 - соответственно значения сопротивления термометра при температуре Т, и Т,.Из выражения (36) следует значение масштабного коэффициента сопротивления К 20, связывающего сопротивления схемы с ординатой Яр, в уравнении (35) прп изменении температуры."рА ( р,);р хрс,Лс, р, ) рккал час. 20 Значение сопротивления нагрузки Р (при -(емпературе Т,) пап К(при Т 2) определяют из выражения (35) при подстановке в него значения масштабного коэффициента К 20 вместо масштабного коэффициента расхода К 260,Изменение расхода тепла Ярза счет изменения температуры Т в уравнении (35) должно соответствовать изменению напряжения Ко в выражении (20) за счет изменения сопротивления термометра Л,. Для этого необходимо, чтобы тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой, описываемой уравнением (35), был численно равен относительному изменению сопротивления нагрузки Йсхемы за счет изменения УГс, т. е.Ъоо 147010 При этом вместо Т подставляется соответственно Т, или Т,Р - й к,рА(41) Я, = й, - Я - , й ои,Применяя аналогичные преобразования в отношении уравнениярасхода тепла в зависимости от давления Р, получим Рп (н, 11)а р,где Рц - предел измерения по давлению датчика давления, ата;Р Р, - соответственно нижний и верхний, пределы ввода коррекции по давлению, ата.Значение сопротивления Р, определяегся из выражения;(43) к- Йрц о м Величина сопротивления датчика давления Й при любом давлении Р определится:(44) Я =Р К Р оя,Значения сопротивлений й и йо определятся, исходя из известного сопротивления Я и допустимой погрешности -а от нагрузки потенциометра Роп. При 0,1, = - 0,1 о акоп и ю определяются по выражениям (29), (32).При изменении величины Р(из-за изменения й) возникает дополнительная погрешность (изменяется коэффициент С в уравнении 28). Однако эта погрешность незначительна и может быть скомпенсирована уменьшением Оз д,В качестве компенсационного сопротивления Ро может быть использовано внутреннее сопротивление источника питания измерительной схемы. По известному Рили Ропределяют значение Р(при Т=Т).Й или Я147010 Для большинства случаев измерения расхода тепла коэффициенты а и е остаются практически постоянными. В этом случае выражения (38), (42) принимают вид Я, - Р р)1 1 р;ИЛ р Я, 1 р 1(46) Остальные элементы схемы рассчитываются по выражениям (40),(41), (43), (44), (29), (32),1Значение масштабного коэффициента расхода К 1 = в выраКженин (33), связывающего расход тепла Я с выходным напряжениемУр схемы, определится из уравнений (33) и (28) при 10 и РО.+ р, ккал10 ф 19 О а Ка лианеРн, час(47) откуда акоп ккал час Я,+Я073 С Уйн(51) где Бои - предел измерения по расходу датчика (т. е, предел измерения вторичного прибора - расходомера), кг/час;Яоа - расход тепла, соответствующий боа, ккалчас,На,сакс максимальное перемещение движка потенциометра Й оп (согласно выражениям (25), (29) равно 0,73).Разность между расходом тепла, определенным по выражению (33) с учетом К, и действительным расходом тепла (выражение 3), отнесенная к действительному расходу тепла, представляет погрешность о измерительной схемы. В результате математи;еских преобразований получим(53) где,-" ), абсолютные значения наибольших погрешностей разных знаков 1-( ) " рассчитанных по выражению (49) для различных комбинаций изменения параметров теплоносителя, соответствующих пределам ввода коррекции (,ьР Р 2).Знак погрешност . 1 сегдИротиОПО(10 жен знаку 1 огреиности -.,С учетом значения б Выражс:Не (4(5) примет Вид;(04) Окончательно расход тепла Выразится через напряжение ., (7 измерительной схемы:(55) С учет 01 (53) макс 1 мал ьнаия погоешность Змер 11 тсльной схемы 32 счет отклонения параметров телооситсля от расчетных В пределах Ввода коррекции составит:(Зб) Значен 151 о(подсчиты 1 аются для Значени тс.5 перст рь,1 даВлсни 51 теплоносител 51, с 001 Ветст 1 Оц 1 их предела ВВОда коррекции , 12, Р,) при различных соостаниях Отклонении.ДЛ 51 УЧСТ 2 ДООЛНИТЕЛЬ 10 й ОШ;10 КИ ОТ 121 РУЗКИ ПОТСН 1 ИОМЕТР 1 (ХО(7 Необходимо к значениям погре 1 пностсй, вычисленых ио Выражеии:о (56), .1 обавить величину 0,1, принятую при рас 11 сте схемы,В множительно-делительной схеме вместо рсостатных датчиков расхода тсплоносителЯ и даВлен 1 Я ъог 1 т использозатьсЯ бесконтктные индукцион.е датчики и линеиные Вращающ 1 еся траисфораторы, что значительно повышает надежность устройства. в уравнении (49) представляет собой погрешность в измерении расхода тепла дифманометром-расходомером за счет отклонения параметров теплоносителя от расчетных при отсутствии схемы коррекции.Наибольшие погрешности по выражению (49) получаются при значениях параметров теплоносителя соответствующих пределам ввода коррекции, т. е. при 1 = 11; 1 = ,; Р = Р,; Р =Р,. При этом, в зависимости от принятых пределов ввода коррекции, могут получиться неравные наибольшие погрешности обоих знаков. тля получения равных погрешностей необходимо выбрать коэффициент К таким образом, чтобы была допущена некоторая погрешность оо соответствующего знака при расчетных параметрах теплоносителя: