Способ измерения массового расхода среды

Союз Советскиа Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ(22) Заявлено 100278 (21) 2572 б 01/18-10 Ф)М КЛ с присоединением заявки Ио 6 01 Р 1/00 Государственный комитет СССРДата опубликования описания 2 Ы 281(72) Автор изобретения Л.Н. Тетеревятииков Специальное конструкторское бюро Всесоюзного научнопроизводственного объединения фСоввгаэавтоматйкаи(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА СРЕДЫ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для определения массового расхода среды.Известен способ измерения массово го расхода по перепаду давления на перегородке диафрагме), установленной в трубопроводе, по которому протекает измеряемый поток, и плотности, которую также требуется измерять 1, 10Необходимость измерения плотности среды усложняет способ определения расхода и снижает его точность, а в связи с тем, что зависимость между перепадом давления и расходом квадра тичная, сокращается диапазон измеряемых расходов.. Известен способ измерения расхода путем создания дополнительногопотока вещества в виде струи, вытекаю щей в направлении, перпендикулярном измеряемому потоку, пересекающей часть сечения измеряемого потока, и определения перепада давления в точках, расположенных против отверстия 25 истечения струи в зоне действия этой струи 2 .Недостатком этого способа является ограниченный диапазон измеряемых расходов. Кроме того, по перепаду 39 давления можно определить лишь скорость измеряемого потока, или массовый расход при известной и постоянной плотности вещества потока. Для измерения же массового расхода при переменной плотности, как и в расходомерах с диафрагмой, необходимо до" полнительно измерять плотность.Известен также способ измерения массового расхода по перепаду давления, возникающему в трубопроводе в области цилиндра, вращающегося с постоянной скоростью, частично перегораживающего измеряемый поток и создающего дополнительный поток в виде части измеряемого потока, вращающейся вместе с цилиндром, Перепад давления по такому способу непосредственно связан с массовым расходом и, следовательно, не требуется дополнительного измерения плотности. Перепад давления, кроме того, прямо пропорционален массовому расходу, следо" вательно, нет и ограничений диапазона измерения, имеющих, место у диафрагменных расходомеров, обусловленных квадратичной зависимостью между расхо" дом и перепадом ГЭ 3 .Однако точное измерение расхода с помощью такого способа ограничено(весьма малыми значениями расходов.Кроме того, точность измерения расхода существенно зависит от структурыпотока. Структура потока оказываетвлияние на точность измерения вследствие расположения точек отбора давления в зоне взаимодействия потоковизмеряемого и дополнительного. Изменение структуры измеряемого потокаможет привести к изменениям или колебаниям перепада при том же самомрасходе. Это создает дополнительную 10погрешность измерения.Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых расходов и повышение точности измерений.цель достигается тем, что измеряемый поток пересекают дополнительными выводят последний из зоны их пересечения, а перепад давления измеряютмежду точками измеряемого потока,расположенными до и после пересечения его дополнительным потоком, причем параметры дополнительного потокаопределяют из условий;НиЧ 4Й Чи и ВДВи ф25где Ни и Н 4 - поперечные размеры соответственно измеряемого и дополнительногопотоков в плоскости пересечения направлений З 0потоков в зоне этогопересечения;В и В- поперечные размеры измеряемогд и дополнительного потоков в зоне пересечения, в направлении, перпендикулярном упомянутой плоскости;Ч - средняя скорость дополАнительного потока в40той же плоскости в зоне пересечения потоков;Чд - средняя скорость измеряемого потока в тойже зоне при максимальном измеряемом расходе.На чертеже показана схема устройства, реализующего предЛоженный способ,50Устройство содержит трубопровод 1, насос 2, размещенный в дополнительном трубопроводе 3, подключенном под прямым углом к трубопроводу 1.Насос 2 установлен на валу электродвигателя 4 и имеет постоянную объем.ную производительность. Дифманометр 5 подключен к трубопроводу 1 перед и за трубопроводом 3.Вариантом реализации способа мо жет быть устройство, в котором вмес- то насоса используется прямолопастная крыльчатка, установленная таким образом, что ее ось вращения размецена вне измеряемого потока. Способ реализуется следующим образом.Измеряемый поток проходит по трубопроводу 1. Дополнительный поток постоянной скорости обеспечивается насосом 2, приводимым во вращение с постоянной скоростью от синхронного электродвигателя 4. Создаваемый насосом 2 дополнительный поток пересекает измеряемый,Дифманометром 5 измеряют перепад давления в трубопроводе 1 перед пересечением потоков и после него.Поток циркулирует в замкнутом трубопроводе 3, поперечный размер которого В 4, определяющий размер дополнительного потока, равен или больше размера В измеряемого потока. При этом условии дополнительный поток полностью пересекает измеряемый поток.Перепад давления возникает вследствие сопротивления движению измеряемого потока, создаваемого пересекающим его дополнительным потоком.Это сопротивление обусловлено инерционностью частиц дополнительного потока, который движется мимо частей измеряемого потока. При этом между частями измеряемого потока постоянно оказываются части дополнительного потока, не имеющие скорости в направлении движения измеряемого потока, приобретающие движение в этом направлении лишь попадая между указанными частями измеряемого потока. Такое движение обеспечивается благодаря тому, что части дополнительного потока после пересечения с измеряемым потоком выводятся иэ зоны их взаимодействия в процессе циркуляции дополнительного потока в трубопроводе 3.Зависимость перепада давления от массового расхода определяется следующим образом.Любое элементарное сечение 5 в дополнительном потоке, имеющее длину Уо., равную размеру Нд дополнительного потока в плоскости пересечения направлений потоков, проходя через измеряемый поток, попадает под действие" перепада давлений д РР -Р перед пересечением потоков и1за ним, В конце движения в измеряемом потоке длина этого элементарного сечения, находящегося под действием такогс.,перепада давлений, становится равной У за счет смещения этогосечения под действием перепада и положения его из измеряемого потока. При этом часть сечения длиной Уф = У-У Фактически попадает в трубопровод 1 за дополнительным потоком. Иэ этих частей дополнительного потока и складывается измеряемый поток.При УоУф (а это всегда можно сделать соответствующим подбором соотношений скоростей и сечений измеряформула изобретения Ни Нд где Ни и Н вк и ВА емого и дополнительного потоков) имеется зависимость УА РсФ 2 У(1)где УО - начальная длина элементарного сечения 5 при входе егов измеряемый поток;У - длина части элементарногосечения, попадающей в трубопровод 1 измеряемого пото- (ОкаР - плотность вещества потока;АР - перепад давления на пересечении потоков;с - время движения элементарного сечения 5 в зоне пересе"чения потоков.Примем поперечный размер измеряемого потока в плоскости пересечениянаправлений потоков равным Ни. Умножив обе части выражения (1) йа НВи, 20поделив на с и представив вместо Уоравную величину Н, получимУВ, Н Ни ВисФ И узз ЬРс 2 Н25где Н и Н - поперечные размеры измеряемого и дополнительного потоков вплоскости пересечениянаправлений потоковв зоне этого пересечения;В - поперечный размер измеряемого потока в зоне пересечения потоков, в направлении,перпендикулярном упомянутой плоскости,Величина УфВ р" представляетцмассовый расход ац вещества в трубопроводе измеряемого потока. Так каквеличины с, Н, В и Н по условиюпостоянные, то,Р :а - ка . (2) щ 2 Нд с ВН При измерении массового расхода по перепаду удобно, когда перепадпропорционален массовому расходу.Для этого необходимо постоянство с и, . у следовательно, постоянство скорости дополнительного потока.Возможно также использование способа и при переменной скорости дополнительного потока.Например, может оказаться целесообразным управление сигналом дифманометра скоростью дополнительного потока путем подачи этого сигнала на электродвигатель (в данном случае электродвигатель может быть не синх Ц ронным), или на какой-либо регулятор расхода, устанавливаемый в канале дополнительного потока, При этом будет меняться значение с, что может быть использовано, в частности, для удлинения диапазона прямой пропорциональности между АР иНеобходимым условием полного пересечения измеряемого потока дополнительньсч, наряду с упомянутым ранее условием ВВ, является соблюдение зависимостиУдУ,Ни(3)и фгде У - средняя скорость дополнительного потока в плоскостипересечения направлений потоков, в зоне их пересечения,У - средняя скорость измеряемого потока в той же зоне примаксимальном измеряемом расходе.Реализация способа конструктивно проста и надежна, поскольку все узлы (центробежный нагреватель и дифманометр) могут быть серийного исполнения с уже известными и гарантированными характеристиками, что позволяет легко расчитать и составить расходомер с заданным соотношением между перепадом и массовьак расходом, обеспечивающий заданный диапазон измеряемый расходов.Предлагаемай способ может использоваться для измерения массовых расходов как жидкостей, так и газов. Способ измерения массового расхо-, да среды по перепаду давления в двух точках измеряемого потока путем создания дополнительного потока этой среды, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых расходов и повышения точности измерения, измеряемый поток пересекают дополнительным и выводят последний из зоны пересечения, а перепад давления измеряют между точкаки измеряемого потока, расположенными до и после пересечения его дополнительным потоком, причем параметры дополнительного потока определяют из условий:. поперечные размеры соответственно измеряемого и дополнительногопотоков в,плоскостипересечения направлений потоков в зоне этого, пересечения;поперечные размерыизмеряемого и дополнительного потоков взоне пересечения, внаправлении, перпендикулярном упомянутойплоскости;892214 Составитель Б.РозовскаО.Половка Техред М.Надь Редак ектор Н. Стец раж 705 Подписнорственного комитета СССРзобретений и открытийа, Ж, Раушская наб., д. 4/5 7/60 Т НИИПИ Госуд по делам 113035, МоскФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ч - средняя скорость до- Аполнительного потока втой же плоскости, взоне пересечения потоков;Ч - средняя скорость изме- иряемого потока в тойже зоне при максимальном измеряемом расходе,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Цейтлин В.Г. Техника измерениярасхода и количества жидкостей, газови паров. М., 1968, с. 27-40.2. Кремлевский П.П. Расходомерыи счетчики количества. Л., 1975,с. 645-646, рис. 340.3. Патент ФРГ 9 1046350,кл. 42 е, 23/20, 1959 (прототип).