Тепловой расходомер

/бб 151) С 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ енным с генератором им ам, соедульсов тбразуютраллель рмоприемник не платы не к о шиых колькоа рядовмеждуй сторо па (к и трубопрово тоянным шаго с и сдв л ом рядов ими и со м другой ны платы по отношен ее стороны на полов ину шага, каждыиодинаковое чиссоединенных терм ельный комплекс из каналов содержитло последовательноприемников, измерит( ымиторой м К, вых с входом к выходур евательязана сщим меха контроллеого из упся входВыход кото одом кома с втоор ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский институт механики при Горьковскомордена Трудового Красного Знамени государственном университетеим. Н.И. Лобачевского и Управлениеверхне-волжскими магистральныминефтепроводами(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 190035, кл. С 01 Г 1/68, 1965.2. Патент США Ф 3019647,кл. 73-204, 1962.3. Авторское свидетельство СССРВ 605096, кл. С 01 Р 1/70, 1980рототип).54)(57) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий генератор импульсов тока,нагревательные элементы и термоприемники, измерительный комплекс,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измерения,нагревательные элементы и термоприемники установлены в потоке на поверхностях совпадающей с осевым сечением трубопровода неподвижнойплаты на одинаковых расстоянияхдруг от друга по ее длине, при этомкаждый из термоприемников следуетза своим нагревателем, находясьот него на одном и том же фиксированном расстоянии, нагревательные элементы расположены по обе стороныплаты, выполнены в виде ортогональ- .;ных к оси трубопровода узких полоси подключены параллельно к общим шисодержит выполненные в стандартеКАМАК таймер, генератор тактовыхимпульсов, схему управления, крейтконтроллер, управляемые таймеры, атакже микро-ЭВМ, фотосчитыватель,дисплей и печатающее устройство,причем выход каждого из каналовтермоприемников соединен с входомсоответствующего управляемого таймера, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с втовходами управляемых таймеров,выход генератора .соединен с .таром, управляемые таймеры, генетактовых импульсов, таймер, схуправления и крейт-контроллер соединены к магистрали КАМАсхемы управления соединегенератора импульсов ток которого подсоединены на ные элементы, микро-ЭВМ фотосчитывателем, печата . низмом, дисплеем и крейт ром, при этом входом кажд равляемых таймеров являе операционного усилителя, рого соединен с первым в паратора непосредственно рым - через пиковый дете1161826 ход компаратора соединен с входомзапуска счетчика, подсоединенногосвоим счетным входом к первому выхоцу генератора тактовых импульсов,второй выход которого подсоединенк входу таймера, выход компараторасоединен также с синхронизирующимвходом триггера, выход которого подИзобретение относится к приборостроению, а именно к тепловым меточным измерителям, и может быть использовано для определения количества перекачиваемой жидкости на 5 потоке, например, нефти по магистральному трубопроводу.Известны тепловые меточные расхо-. домеры, принцип действия которых ос " нован на вводе тепловой энергии в 10 поток от импульсного нагревателя, регистрации энергетического состояния потока термоприемника, .расположенным на фиксированном расстоянии от излучателя, и определении средней скорости потока по времени прохождения этого фиксированного расстояния тепловой меткой. В качестве неконтактных источников тепловых меток используются СВЧ или ИК 20 излучатели. Регистрация прохождения меток осуществляется с помощью терморезисторов, емкостных измерительных ячеек И , ультразвуковых колебаний . 25Однако укаэанные устройства имеют низкую точность вследствие того, что с началом движения тепловой метки в потоке она деформцруется (полем скоростей, теплопроводностью) 30 и подходит к термоприемнику уже в виде сильно размытой области.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является расходомер, который содержит ге нератор импульсов тока, нагревательные элементы и термоприемники, а также измерительный комплекс 31. В этом расходомере сигнал, поступающий от термоприемников после ф 0 предварительной обработки, непрерыв 1. но дифференцируется, и равенство соединен к триггерному входу компаратора, входу разрядного ключа,выход которого соединен с вторымвходом компаратора, и входу схемызадержки и сброса, выход которойсоединен с входом схемы управления и с установочным входомтриггера. производной нулю соответствует моменту прохождения меткой термоприемника,Однако с увеличением диаметра трубопровода чувствительность такогорасходомера резко падает из-за отсутствия у сигналов, по которым производится регистрация меток, четковыраженного максимума. Кроме того,низкая точность измерения расходаэтим прибором обусловлена малой интенсивностью процессов теплопередачи в системе движущийся поток -стенка трубопровода, а также невозможностью учета реальной эпюры скоростей потока по сечению. Цель изобретения - повышение точности.Поставленная цель достигается тем, что в тепловом расходомере,содержащем генератор импульсов тока, нагревательные элементы и термоприемники, измерительный комплекс, нагревательные элементы и термоприемники установлены в потоке на поверхностях совпадающей с осевым сечением трубопровода неподвижной платы на одинаковых расстояниях друг от друга по ее длине, при этом каждый из термоприемников следует за своим нагревателем, находясь от него на одном и том же фиксированном расстоянии, нагревательные элементы расположены по обе стороны платы, выполнены в виде ортогональных к оси трубопровода узкиз полос и подключены параллельно к общим шинам, соединенным с генератором импульсов тока, термо-. приемники образуют по ширине платы несколько параллельных оси трубопровода рядов (каналов) с постоянным шагом между ними и со сдвигом рядов1161826 одной стороны платы по отношению к рядам другой ее стороны на половину шага, каждый из каналов содержит оди. наковое число последовательно соеди- . ненных термоприемников, измеритель-, ный комплекс содержит выполненные в стандарте КУМАК таймер, генератор тактовых импульсов, схему управления,крейт-контроллер, управляемые таймеры, а также микро-ЭВМ, фотосчитыватель, дисплей и печатающее устройство, причем выход каждого изканалов термоприемников соединен свходом соответствующего управляемо-го таймера, первый выход генератора 15 тактовых импульсов соединен с втоФрыми входами управляемых таймеров,второй выход генератора соединенс таймером, управляемые таймеры,генератор тактовых импульсов, таймер, схема управления и крейт-контроллер подсоединены к магистралиКАМАК, выход схемы управления соединен с входом генератора импульсов тока, к выходу которого подсоединены нагреватели, микро-ЭВМ связанас фотосчитывателем, печатающим механизмом, дисплеем и крейт-контролле. ром, при этом входом каждого изуправляемых таймеров является вход 30операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом компаратора непосредственно, а с вторым - через пиковый детектор, выходкомпаратора соединен с входом запуска счетчика, подсоединенного своим счетным входом к первому выходугенератора тактовых импульсов, второй выход которого подсоединен квходу таймера, выход компаратора 40соединен также с синхронизирующимвходом триггера, выход которого подсоединен к триггерному входу компаратора, входу разрядного ключа, выходкоторого соединен с вторым входомкомпаратора, и входу схемы задерж ф ки и сброса, выход которой соединенс входом схемы управления и с установочным входом триггера.На фиг. 1 изображена плата с нагревательными элементами и термоприемниками и ее размещение в трубопроводе; на фиг.2 - блок-схема измери 1тельного комплекса, на фиг.3 . - блок-схема управляемого таймера 55 на фиг.4 - схема, поясняющая алгоритм вычисления расхода (для 5-канального расходомера). 4Термоприемники 1-5 (фиг.1) и на"греватели 6 с питающими их шинами7 расположены на плате 8, закрепленной по диаметральной плоскоститрубопровода 9. Плата 8 вместе сраспределенными по ее длине нагревателями 6 и термоприемниками 1-5представляет собой датчик скоростей10 (фиг,2) . Ребро платы, встречающее поток, имеет профиль поперечного сечения, препятствующий возникновению возмущений жидкости возлеповерхности датчика скоростей 10.Через разъем 11 питающие шины 7 подсоединены к генератору импульсов тока 12, а выходы каналов 1-5 - к входам соответствующих управляемых таймеров 13. В состав каждого управляемого таймера 13 (фиг.З) входит .операционный усилитель 14, пиковый детектор 15, разрядный ключ 16, компаратор 17, триггер 18, счетчик 19, схема 20 задержки и сброса. Выход каждого из каналов подсоединен к входусоответствующего операционного усилителя 14, выход которого соединенс первым входом компаратора 17 непосредственно, а вторым - через пиковый детектор 15. Выход компаратора 17 соединен с входом запускасчетчика 19, счетный вход которогоподсоединен к первому входу генератора тактовых импульсов 21 (фиг.2) .Кроме того, выход компаратора 17соединен с входом синхронизациитриггера 18 (фиг.З). Выход триггера подсоединен к триггерноиу входукомпаратора 17, входу разрядногоключа 16, выход которого соединен свторым входом компаратора 11, и квходу схемы 20 задержки и сброса,соединенной своим выходом с установочным входом триггера 18 и входомсхемы управления 22 (фиг.2) . Крейтконтроллер 23, дисплей 24, фотосчитыватель 25 и печатающее устройство 26 связаны с микро-ЭВМ 27. Припомощи магистрали КАМАК 28 осущест-вляется связь между схемами 20 задержки и сброса, счетчиками 19,схемой управления 22, генераторомтактовых импульсов 21, крейт-контроллером 23 и таймером 29. Входтаймера 29 соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов 21.Датчик скоростей О работаетследующим образом,Импульсный ввод тепловой энергиив поток осуществляется нагреваниемжидкости в областях ее соприкосновения с нагревательными элементами 6 при пропускании через них импульсов тока от генератора 12, Тепловые метки, посланные всеми нагревателя ми 6, практически одновременно переносятся жидкостью по трубопроводу 9 и регистрируются термоприемниками 1-5, расположенными за каждым .из нагревательных элементов 6 в отдель ности на одном и том же фиксированном расстояниипо ходу движения потока. Последовательное соединение М термоприемников в пределах каждого из и образованных,ими рядов 15 обеспечивает М-кратное усйление полезно 1 о входного сигнала. Время прохождения тепловой меткой расстояния 3 отсчитывается от момента посылки импульса тока генератором 12 уО до момента выхода мультиплицированного сигнала от ряда термоприемников на максимальный уровень. Для каждого д-го канала этот временной интервал будет иметь свое значение 5 .ь,(1. = 1,2,3п), отвечающее характеру распределения скоростей потока по сечению. Первым на максимальный уровень выйдет сигнал от ряда термоприемников, вдоль которого жидкость движется с наибольшей скоростью, последним будет сигнал ряда, ближайшего к стенке трубопровода 9, Средняя скорость потока вдоль 1-го ряда термоприемниковЧ: О/Для вычисления расхода принят следующий алгоритм.Сечение потока разбивается на ш зон (фиг.4) . Если датчик скоростей 10 содержит п каналов, то т=(п+1)/2 и совпадает с номером д-го ряда термоприемников, расположенного вдоль оси трубопровода 9. Внешняя граница 1-ой зоны (1 = 1,2,3,.т) пред 4 ставляет собой окружность радиуса К 1 = (23-1)К где К - радиус цент". .ральной зоны, через которую поток проходит со средней скоростью Ч(ФСекундный расход 7 определяется следующим образом:11 к й 1а 1 "ф (1(Р1 1фп" 1 1 Полный расход за времяопределяется следующим образом:55. где Р - число запусков генератораимпульсов тока 12 за времяР 1 =ЕТ где ТК - время К,-го измерения, т.е. интервал между Й) -м и Е-м импульсами от генератора 12,Г л К К "оз где ьК - время выхода на максималь- .ный уровень сигнала от ряда термоприемников, вдоль которого во время Е-го измерения жидкость двигалась с наименьшей скоростью;ид - время обработки измерительным комплексом полученных результатов.Измерительный комплекс работает следующим образом.После старта программы, находящейся в микро-ЭВМ, схема управления 22 запускает генератор импульсов тока 12 и приводит полностью идентичные по своим электрическим схемам управляемые таймеры 13 в исходное состояние, при котором триггерные входы компараторов 17 установленыи сигналы с выходов компараторов разрешают счетчикам 19 подсчет импульсов от генератора так. товых импульсов 21. Импульсы с другого выхода генератора поступают на таймер 29, который определяет момент окончания работы измерительного комплекса. Сигнал х-го канала попадает на вход соответствующего управляемого таймера 13, где усиленный операционным усилителем 14 поступает на один вход компаратора 17 непосредственно, а на другой его вход - через пиковый детектор 15. По достижении сигналом макси-, мального уровня срабатывает компаратор 17, который своим выходным импульсом останавливает счетчик 19 и перебрасывает триггер 18. Импульс с выхода триггера определяет следующую последовательность сигналов; сброс триггерного входа компаратора 17, что устраняет возможность его переключения в исходное состояние; открывание разрядного ключа 16 и разряд пикового детектора 15, запуск схемы задержки и сброса 20. Выходной сигнал схемы задержки и сброса возвращает в прежнее состояние триггер 18, сигнал с выходакоторого запирает разрядный ключ 16,устанавливает триггерный вход компаратора 17, а также посылает всхему управления 22 сигнал останова счетчика 19.Счетчик д-го канала хранит число А;= ь;/С; где с - период повтор,рения импульсов генератора 21. Отсюда определяется время ь;, за которое жидкость перенесла тепловуюметку от нагревателей до термоприемников д-го канала. После останова всех счетчиков 19 схема управления 22 посылает в крейт-контроллер 23 сигнал запроса, по приемукоторого данные со счетчиков черезмагистраль КАМАК 28 и крейт-контроллер поступают в микро-ЭВМ 27.По этим данным микро-ЭВМ 27 вычисляет секундный расходи заносит его в память. Затем схема управ.ления 22 снова запускает генераторимпульсов тока 12, устанавливает управляемые таймеры 13 в исходноесостояние и цикл определения секундного расхода повторяется. По истечении времени С, за которое требу ется определить расход жидкости Ч2срабатывает таймер 29, сигнал с выхода которого позволяет микро-ЭВМ27 перейти к определению конечногорезультата и выводу его на печатающее устройство 26. Контроль работыизмерительного комплекса осуществляется через дисплей 24. Вводпрограммы в микро-ЭВМ производится через фотосчитыватель 25.15 Применение изобретения в результате эффекта мультипликации полезного сигнала каждым рядом термоприемников в сочетании с распределениемэтих рядов по сечению трубопровода 20 и применением вычислительного комплекса на базе микро-ЭВМ и аппаратуры КАМАК позволяет учитывать реальную эпюру скоростей и определятьрасход жидкости с высокой точностью.1161826 22 Фи едактор К. Волощ Заказ 3963 ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Фил СоставительТехред А Кик Тираж 703 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Ж, Ерошкевич, зей Корректор С. Шекмар Подписного комитета СССРй и открытийушская наб., д. 4