Устройство для измерения малых объемных расходов газов и паров

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ОБЪЕМНЫХ РАСХОДОВ ГАЗОВ И ПАРОВ Изобретени н ся к области и может быть то в устых объемныхопластинча Это достигается т ройстве для измерени расходов, содержащем тые плоские конденса м ехни и тельно но с установленучастках мерительо иэмерительны в е конденп каналбвторов опре оточных щелевыхстинами конденпо формуле зазорамежду пл деляетс ье,С О С=Е ности зме льзовано для измерения малыхмных расходов газов и паров.эвестны преобразователи расходдравлическим сопротивлением,ря давления в которых зависитасхода ,1 1,Наиболее близким является устрой 6 ство для измерения малых объемных расходов газов и паров, содержащее многсцтластинчатые плоские конденсаторы, установленные в двух измерительных участках и включенные в мос 1 товую измерительную схему 2 .Известное устройство имеет невысокую точность измерения за счет наличия потерь давления на входе и выходе плоских каналов проточного датчика, а также достаточно сложную конструкцию.Цель иэобр етения - повышение точния. и включенные в мостовуюную схему, многопластинч саторы установлены в двух последовательно расположенных измерительныхучастках, причем одни пластиныконденсаторов (через одну) проходятчерез оба измерительных участка,а другие выполнены раздельно длякаждого измерительного участка, последовательно с раздельными пластинами на входе первого измерительногоучастка и выходе второго установлены охранные электроды, а величина870943 где С 1 - вакуумная емкость идентичных конденсаторов;НСр- величина среднего зазора(толщина, канала);- длина укороченных пластин 1Ь - ширина канала между пластинами конденсаторов;8 О - диэлектрическая проницаемость вакуума,На фиг, 1 представлен датчик расходомера, вид сбоку; на фиг,2 - тоже, вид сверху на фиг,З - сечениепроточного канала датчика по А-Ана фиг.1 на фиг,4 - разрез Б-Б нафиг,21 на фиг,5 - сечение по В-Вна фиг,4 на фиг.6 " схема измерительного трансформаторного моста;на фиг.7 - схема одиночного щелевого проточного канала и график изменения давления среды по его длине.Датчик расходомера фиг. состоитиз плоских пластин 1-6, размещенныхв прямоугольных вырезах фланцев 7,приваренных к цилиндрическому корпусу 8. Пластины 1-5 со всех сторонпокрыты электроизоляционным слоем1с весьма малыми проводимостью и смачиваемостью, например фторопластом.Пластины 6 выполнены из нержавеющей стали. Все пластины 1-6 размещены так, что образуют длинные плоскиещели, в которых. устанавливается ламинарный режим течения контролируемойсреды, подводимой (и отводимой) к датчику по трубопроводу через сопрягаемые с ним фланцы 9 и конусные насадки 10. Эти насадки приварены к фланцам 9 и фланцам 11, которыми насадки 10 плотно прикрепляются к фланцам7 корпуса 8 с помощью фторопластовыхпрокладок 12, болтов 13 и гаек 14,В прямоугольных вырезах фланцев 7(фиг,2) размещены несущие пластины15, имеющие с внутренней, обращенной к потоку, стороне продольныепазы 16, в которые плотно вставленыпластины 1-5, покрытые фторопластоми тем самым электрически изолированные от заземленных несущих пластин15. На узких гранях пластчн 15 выполнены пазы 17, в которые уложены металлические пластины 6, плотно прикрепленные к пластинам 15. Пластины 1-5, 6 и 15 удерживаются в фланцах 7 от продольного смещения фторопластовыми прокладками 12 и фланцами11 (фиг.1), имеющими также прямоугольные вырезы, но меньших размеров,чем прямоугольные вырезы в фланцах 7. 5 10 15 20 25 30 35 ао 45 50 55 4Пластины 2 (фиг,1) имеют длинудостаточную для стабилизации ламинарного режима потока, и заземлены.Аналогично пластины 5 имеют длину,достаточную для исключения потерьдавления на выходе, и также заземлены. Пластины 3 и 4 имеют одинаковую длину. На них имеет место линейное падение давления контролируемой среды за счет вязкостного трения.Пластины 1,3 и 1,4 образуют двапоследовательно размещенные в потоке конденсатора. Пластины 1 для нихявляются общими. Пластины 3 и 4,а также 2 и 5 размещены в поперечномсечении датчика попеременно с пластинами 1 (фиг.1,3 и 4). Все пластины2 и 5 электрически соединены междусобой и корпусом 8. Аналогично всепластины 1,3 и 4 электрически соответственно соединены между собой.Для такого соединения в несущихпластинах 15 имеются поперечные пазы18 (фиг.4 и 5). Концы пластин, выходящие из пазов 16 в пазы 18, освобождены от фторопластовой пленки и к нимприсоединены электропроводники 19,20и 21 соответственно к параллельнымпластинам 1,3 и 4. Эти проводникиподключены к трем электропроводам(фиг.5), состоящим из резьбовых гаек 22, фторопластовых уплотнений 23,коаксиальных стержней 24 и нажимныхгаек 25. Резьбовые гайки 22 приваренык корпусу 8 и через отверстия,в немк стержням 24 присоединены электропроводники 19,20 и 21. Снаружи отэлектровводов отходят три коаксиальных радиочастотных кабеля к вторичному прибору.Датчик покрыт тепловой изоляциейи имеет температуру трубопровода.Дпя точных измерений он термостатируется,Вторичный прибор является автоматическим квазиуравновешенным трансформаторным мостом с аналоговым илицифровым выходом (и при необходимостис регулирующим устройством), предназначенным для точного измеренияразности емкостей конденсаторов,составленных из пластин 1-3 и 1-4.Мост (фиг.6) состоит из плечевоготрансформатора напряжения 26, на первичную обмотку 27 которого подаетсяпитающее напряжение. Со вторичной,синфазно включенной, обмотки 28 одинаковые напряжения подаются по коаксиальным кабелям через соответствующие25 30 35 40 45 50 55 5 8 электровводы на параллельно включенные пластины 3 и 4. Пластины 1, являющиеся общими для конденсаторов с пластинами Э и 4, через соответствующие элактроввод и кабель подключены в диагонали моста к блоку 29, состоящему из фазочувствительного селективного усилителя, схемы управления уравновешивающим конденсатором 30 и схемы индикации результата измерения, В пластинах 6 выполнены отверстия 3 для заполнения пространст ва между корпусом 8 и пластинами 6 и 15 контролируемой средойУстройство работает следующим образом.При постоянной температуре датчика и отсутствии потока емкости конденсаторов, составленных из пластин 1-3 и 1-4, одинаковы. Вторичный прибор при равновесии трансформаторного моста индицирует нулевые показания.Поток среды провода через конусную насадку входит в длинные щели между пластинами 1-4,5 а также между пластинами 6 и 2,3,4,5. В этих уз ких щелях устанавливается ламинарный режим течения с вязкостным трением. Максимальная величйна расхода контролируемого потока должна соответствовать предельному критерию Рейнольдса для ламинарного потока в этих целях. На начальном участке между пластинами 1 и 2, а также 6 и 2 происходит нелинейное изменение давления за счет имеющихся потерь давления на входе (фиг,7). Здесь режим движе ния стабилизируется и по толщине зазора устанавливается параболическое распределение скорости контролируемого потока. Длина пластин 2 выбрана по предельной величине критерия Рейнольдса для соответствующих верхнего предела измерения устройства и коэффициента динамической вязкости контролируемого потока. Стабилизированный ламинарный поток поступает на участки щелей между пластинами 1-3 и 1-4 и соответственно, 6-3, 6-4. Здесь имеет место линейное изменение давления текущей среды, описываемое законом Пуазейля. Суммарный перепад давлений, возникающий на длине пластин 3 и 4, пропорционален объемному расходу протекающего потока. Эта же величина объемного расхода пропорциональна перепадам давлений, возникающим 70943 .6на длине каждой пластины 3 и 4, еслиих длины одинаковы. За счет наличияперепадов давлений на пластинах 3и 4, в щелях между пластинами 1,3и 1,4 устанавливаются неодинаковыесредние давления. Причем среднеедавление на пластине 3 больше, чемсреднее давление на пластине 4, Этимсредним давлениям соответствуют нео 10 динаковые средние плотности и ди-.электрические проницаемости в конденсаторах, составленных иэ пластин1,3 и 1,4. Средняя диэлектрическаяпроницаемость в конденсаторе иэпластин 1,3 больше, чем в конденсаторе из пластин 1,4. Соответственноувеличивается емкость конденсатора(из пластин 1,3)расположенного первым по направлению движения даминарного потока, по сравнению с емкостьюконденсатора (из пластин 1,4), размещенного вторым в потоке. Вследствие возникшей разности емкостей этих конденсаторов нарушается баланс трансформаторного моста (фиг.6) на трансформаторе напряжения 26, в плечи которого включены эти емкости. Разность емкостей конденсаторов из пластин ,3 и 1,4 компенсируется увеличением емкости уравновешивающего конденсатора 30, управляемого блоком 29, который после завершения балансировки моста индицирует результат измерений.На концевом участке щелей между пластинами 1,5 и 6,5 имеет место нелинейное изменение давления протекающей среды за счет выходных потерь. Поток контролируемой среды после плоских щелей направляется в конусную насадку О и затем в трубопровод, сочлененный с датчиком фланцем 9. Пространство между корпусом датчика 8 и пластинами 6 и 15 заполняется контролируемой средой через отверстия 31 в пластинах 6. При движении между пластинами 1 6 и 2-5 сжимаемой среды за счее возникающего перепада давлений имеется дросселирование и соответствующее увеличение объемного расхода, которое учитывается введением поправки к расчетной формуле расхода.Расход зависит от разности ди - электрических проницаемостей измеряемой среды в конденсаторах, составленных из пластин 1,3 и 1,4 или раз" ности емкостей этих конденсаторов.(толщина канала)длина укороченных пластин;ширина канала между пластинамн конденсаторов; Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кремлевский П.П. РаскодомерыИи счетчики количества. Л., Иапиностроение", 1975. Глава 5.2. Авторское свидетельство СССРпо заявкеУ 2713961/18-10,кл. 6 01 Г 1/64, 17.01.79 (протьтип).870943 Бутяга но 4/5 тент ктная, 4 од, ул лиал П Уж Редактор О. Филиппо каз 8417710 ВНИИПИ Государст по делам изоб 113035; Москва, Составитель Н. АндрееваТехред А,Бабинец Корректо Тираж 705нного комитета СССтений и открытий35, Раушская наб.,