Массовый расходомер
Иллюстрации
Реферат
О П И С А Н И Е (11)771583
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву № 684450 (22) Заявлено 22,05.78 (21) 2619534/18-10 с присоединением заявки №
° (51) М. Кл.
G 01Р 5/08
G 01F 1/78
Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (53) УДК 681.121.8 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.11.80 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
С. С. Колотуша и В. И. Ларченко
Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения (54) МАССОВЫЙ РАСХОДОМЕР
Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения массового расхода диэлектрических материалов и веществ, транспортируемых с постоянной скоростью.
По основному авт. св. № 684450 известен массовый расходомер, использующийся в ряде отраслей промышленности для контроля процессов, связанных с транспортировкой диэлектрических материалов. Этот массовый расходомер содержит кольцевые электроды, закрепленные на поверхности диэлектрического трубопровода, включенные на вход измерителя емкости и выполненные с шириной и зазором между ними, равными диаметру трубопровода (1).
Известный расходомер имеет недостаточную точность измерения за счет того, что выходной сигнал расходомера зависит от изменения температуры двухфазного пото- 20 ка. Это обусловлено тем, что изменение температуры двухфазного потока и окружающей среды приводит к изменению линейных размеров и диэлектрической проницаемости фторопластового трубопровода, 25 на котором закреплены кольцевые электроды. Это приводит к уменьшению начальной емкости при нагреве и ее увеличению при понижении температуры. Изменение расстояния между кольцевыми электрода- 30 ми имеет значительную величину, так как коэффициенты линейного расширения фторопластового трубопровода и металлов, применяемых для изготовления электродов, отличаются между собой на порядок.
Изменения емкости при изменении температуры в широком диапазоне, например
20 †1 С (что происходит при транспортировке угольной пыли горячим воздухом, температура которого меняется в таких пределах), достигает значений полезного сигнала, что не позволяет использовать расходомер для измерений в высокотемпературных двухфазных потоках.
Цель изобретения — повышение точности измерения высокотемпературных потоков.
Это достигается тем, что каждый электрод выполнен из двух отдельных колец, соединенных внахлест.
На фиг. 1 показана принципиальная схема массового расходомера; на фиг. 2— экспериментальная зависимость изменения емкости преобразователя по сечению трубопровода в зависимости от ширины зазора между кольцевыми электродами и ширины электродов; на фиг. 3 — градуировочные расходные характеристики расходомера в зависимости от величины зазора между электродами.
777583
Q(t) = U М(/) dt, Расходомер содержит кольцевые электроды 1 и 2 с шириной и зазором между ними, равными диаметру трубопровода 3.
1(аждый из кольцевых электродов выполнен из двух отдельных разрезных колец 4 н 5, соединенных внахлест. Электроды закреплены на поверхности диэлектрического трубопровода 3, заключены в электростатический экран 6 и включены на вход измерителя емкости, содержащего мостовую измерительную схему 7, запитанную от генератора 8. Выход мостовой схемы 7 через избирательный усилитель 9, амплитудный детектор 10, нормирующий усилитель 11 включен на вход регистрирующего устройства 12.
Расходомер работает следующим образом.
При движении частиц (вещества) с постоянной скоростью, что наблюдается при применении оборудования, создающего постоянный расход транспортирующей фазы, например воздуха, изменение массового расхода Q (t) происходит согласно выражению где V — скорость потока, М(() — масса частиц в рабочем объеме преобразователя (плотность потока).
Изменение емкости между электродами
1 и 2 в течение времени описывается следующим выражением: ас м
= na
dt dt где к — коэффициент фувствительности в любой плоскости, параллельной оси трубопровода; в — диэлектрическая проницаемость транспортируемых частиц вещества).
При подаче напряжения на электроды 1 и 2 и компенсации начальной емкости элементами мостовой схемы 7 в рабочем объеме трубопровода 3 создается электрическое поле, коэффициент чувствительности и для которого имеет постоянную величину в любой плоскости, параллельной оси трубопровода.
При пересечении частицами электрического поля между электродами 1 и 2 изменение емкости происходит пропорционально массе частиц (вещества), находящегося в рабочем объеме преобразователя.
Испытаниям на экспериментальной установке подвергались массовые расходомеры с кольцевыми электродами, имеющие следующие отношения: 1)
1) S = d; 1 = 0 5d; 2) S = d; 1 = 1,Ю;
3) S=1,5d; l=d; 4) S=d; l=d.
Анализ экспериментальных данных показывает, что глубина проникновения электрического поля в диэлектрический трубопровод 3 пропорциональна ширине зазора между кольцевыми электродами 1 и 2 (фиг. 2, позиция 1). Это обусловлено тем, что а графике при просыпке угольной пыли в центральной зоне, диаметр которой равен 0,5d, продольное электрическое поле отсутствует, так как приращение емкости преобразователя равно нулю.
При увеличении расстояния между электродами 1, 2 (фиг. 2, позиция II) электрическое поле проникает на глубину, превышающую диаметр трубопроводов 3. При этом в рабочем объеме преобразователя создается зона повышенной напряженности.
При увеличении ширины электродов до
1,5d и сохранении зазора между ними, равного диаметру трубопровода 3 (фиг. 2, позиция Ш) в рабочем объеме трубопровода
3 создается область пониженной напряженности, так как приращение емкости преобразователя уменьшается к оси рабочего объема.
Анализ графика (фиг. 2, позиция IV) показывает, что для преобразователя, у которого S=d и l=d, приращение емкости в любой точке рабочего объема не зависит от положения струи ссыпаемого материала по сечению преобразователя, так как приращение емкости остается величиной постоянной.
Таким образом, выполнение условий равенства ширины и заеора между электродами диаметру трубопровода позволяет создать в рабочем объеме преобразователя однородное электрическое поле, в котором смещение частиц по сечению преобразователя, вызываемое изменением режимов транспортировки частиц, практически не вносит дополнительной погрешности в измерение расхода, а расходная характеристика при этом линеаризуется (фиг. 3, позиция Ш) . При изменении температуры потока или окружающей среды происходит нагрев диэлектрического трубопровода 3.
При нагреве увеличиваются размеры трубопровода 3, что вызывает увеличение расстояния между каждой парой кольцевых электродов. Вследствие этого начальная емкость уменьшается. Так как каждый из кольцевых электродов выполнен из двух отдельных колец 4 и 5, соединенных внахлест, происходит одновременное смещение кольца 4 относительно кольца 5 в каждом кольцевом электроде. В результате активная площадь каждого кольцевого электрода увеличится на величину, равную уменьшению начальной емкости за счет нагрева диэлектрического трубопровода 3. В результате происходит непрерывная автоматическая компенсация — уменьшение начальной емкости, связанной с увеличением расстояния между кольцевыми электрода777583
0,0
a,ïà
0 1Р 2Р УО 40 5 0 60
Х
Фиг.Я ми при нагреве, компенсируется увеличением начальной емкости за счет увеличения активной поверхности колец 4, 5 каждого электрода.
Процесс, обратный описанному, происходит при понижении температуры потока или окружающей среды, Таким образом, в процессе измерения расхода высокотемпературного потока изменение его температуры не вносит дополнительной погрешности в измерение, Формула изобретения
Массовый расходомер по авт. св. № 684450, отличающийся тем, что, с
5 целью повышения точности измерения высокотемпературных потоков, каждый электрод выполнен из двух отдельных колец, соединенных внахлест.
Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 684450, кл. б OIP 5/08, 1977.
777583 о,orzs п,or
o,oos
o,oozs
Soo rooo )100 2000 2500 ф — ф
g. 7 1
« з
Составитель Н. Андреева
Техред В. Серякова Корректор А. Овчинникова
Редактор О. Филиппова
Заказ 2408/16 Изд. № 557 Тираж 1033 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2