Использование: изобретение относится к измерительной технике, в частности к тепловым методам измерения расхода газов, и может найти применение в производствах, использующих большое количество различных по свойствам газов, например в производстве интегральных схем, оптических волокон. Сущность изобретения: повышение точности измерения за счет устранения влияния нестабильности массового расхода и теплоемкости вспомогательного потока. Для этого формируют дополнительный участок трубопровода без измерительного потока, нагревают его, обдувают вспомогательным потоком, измеряют разность температур вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка, а измеряемый расход определяют по формуле, приведенной в описании. 1 ил.
КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА, состоящий в нагреве измеряемого потока на измерительном участке трубопровода, измерении разности температур Tп на входе и выходе измерительного участка трубопровода, обдувании измерительного участка трубопровода вспомогательным потоком с известной плотностью п и теплоемкостью Cп, измерении разности температур TB1 вспомогательного потока на входе и выходе измерительного участка трубопровода и обработке результатов измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, формируют дополнительный участок трубопровода без измеряемого потока, нагревают его и обдувают вспомогательным потоком, непрерывно измеряя разность температуры TB2 вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка трубопровода, а при обработке результатов измерения находят значение расхода Gи по формуле Gи= , где Pн1 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на измерительном участке трубопровода; Pн2 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на дополнительном участке трубопровода.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тепловым методам измерения расхода газов, и может найти применение в производствах, использующих большое количество различных по своим свойствам газов, например в производствах интегральных схем, оптических волокон. Известен калориметрический способ измерения расхода (см. а.с. N 883658, кл. G 01 F 1/68, 1981), основанный на том, что измеряемый поток нагревают и измеряют разность температур на входе и выходе измерительного участка, кроме того, весь измерительный участок обдувают вспомогательным потоком с известным расходом и теплоемкостью и измеряют разность температур вспомогательного потока на входе и выходе измерительного участка. Величину расхода измеряемого потока Gпопределяют по формуле Gп= где Рн - мощность нагревателя; Gв - расход вспомогательного потока; Св, в - соответственно теплоемкость и плотность вспомогательного потока; Сп, п - соответственно теплоемкость и плотность измеряемого потока; Tвl, Tп - соответственно разность температур на входе и выходе измерительного участка вспомогательного и измеряемого потоков. Недостатком известного способа является низкая точность измерения расхода, обусловленная влиянием нестабильности массового расхода и теплоемкости вспомогательного потока и неконтролируемых тепловых потерь датчика на величину измеряемого расхода. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранения влияния нестабильности массового расхода, теплоемкости вспомогательного потока, а также за счет уменьшения влияния тепловых потерь датчика. С этой целью в калориметрическом способе измерения расхода по а.с. N 883658 формируют дополнительный участок трубопровода без измерительного потока, нагревают его, обдувают вспомогательным потоком и измеряют разность температур вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка трубопровода, а измеряемый расход Gп определяют по формуле Gп= / где Рн1 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на измерительном участке; Рн2 - количество тепла, отдаваемое нагревателем вспомогательного потока на дополнительном участке нагрева; Тв1, Тп - соответственно разность температур вспомогательного и измеряемого потоков на входе и выходе измерительного участка; Тв2 - разность температур вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка нагрева; Сп, п - соответственно теплоемкость и плотность измеряемого потока. Формирование дополнительного участка с нагревом трубопровода, обдуваемого вспомогательным потоком, и измерение непрерывное разности температур последнего на входе и выходе дополнительного участка позволяют полностью исключить влияние таких параметров, как расход, плотность и теплоемкость вспомогательного потока, на величину измеряемого расхода, а следовательно, увеличить точность его определения. На чертеже представлена схема калориметрического расходомера для осуществления предлагаемого способа. Расходомер содержит измерительную трубку 1, на которой намотан электрический нагреватель 2 и установлены термодатчики 3 и 4. Измерительный участок с нагревателем 2 заключен в рубашку 5, на входе и выходе которой размещены термодатчики 6 и 7. Рубашка 5 соединена с трубкой 8, внутри которой установлен дополнительный нагреватель 9, подключенный к источнику 10 питания последовательно с нагревателем 2. До и после нагревателя 9 по ходу вспомогательного потока установлены термодатчики 11 и 12. Способ осуществляется следующим образом. Измеряемый поток пропускают через измерительную трубку 1 и контролируют его температуру термодатчиками 3 и 4. Вспомогательный поток пропускают через рубашку 5 и трубку 8, контролируя его температуру на измерительном участке термодатчиками 6 и 7, а на участке дополнительном - термодатчиками 11 и 12. Значение измеряемого расхода Gп определяют по формуле (1) где Сп, п - соответственно теплоемкость и плотность измеряемого потока; Рн1 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на измерительном участке; Рн2 - количество тепла, отдаваемое нагревателем на дополнительном участке; Тв1, Тп - соответственно разность температур вспомогательного и измеряемого потока на входе и выходе измерительного участка; Тв2 - разность температур вспомогательного потока на входе и выходе дополнительного участка нагрева. Уравнение теплового баланса на измерительном участке должно быть записано в виде: Рн1 = Qп + Qв1 + Qп1, (2) где Qп - количество тепла полученное измеряемым потоком; Qв1 - количество тепла, получаемое вспомогательным потоком на измерительном участке; Qп1 - тепловые потери в окружающую среду на измерительном участке; или Рп1 = Gп СппТп + Gв СввТв1 + + Qп1, (3) где Gв - расход вспомогательного потока; Св, в - соответственно теплоемкость и плотность вспомогательного потока. Уравнение теплового баланса на дополнительном участке нагрева запишется: Рн2 = Qв2 + Qп2, (4) где Qв2 - количество тепла, получаемое вспомогательным потоком на дополнительном участке нагрева; Qп2 - тепловые потери в окружающую среду на участке дополнительного нагрева; или Рн2 = Gв СввТв2 + Qп2 . (5) Преобразовав выражение (5) в виде GвCвв= (6) и подставив (6) в (3), получим: Gп= + (7) Известно, что тепловые потери в окружающую среду Qп пропорциональны коэффициентам теплопередачи К, площади поверхности теплопередачи F и средней разности температур двух сред Т, т.е. Qп = kF Т, (8) где K = ; в - коэффициент теплоотдачи от вспомогательного потока к рубашке; - толщина рубашки; - коэффициент теплопроводности материала рубашки; о - коэффициент теплоотдачи от рубашки в окружающую среду. Приняв, что температуры вспомогательного потока на измерительном участке и на дополнительном участке изменяются по одинаковому закону, например, для участка с равномерно распределенным нагревателем, имеем для измерительного участка T= и для дополнительного участка нагрева T= . Тогда при идентичности конструктивных параметров и материалов обоих рубашек и при их размещении в одном корпусе можно записать Qп1=kF, (9) Qn2= kF. (10) Подставив выражения (9) и (10) в уравнение (7), получим формулу для расчета расхода измеряемого газа в виде: + (11) В реальных условиях второе слагаемое уравнение (11) не равно нулю, но стремится к нему, так как представляет собой разность двух близких по значению величин. Поэтому можно принять, что (12) В результате уравнение (11) примет вид (13) Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что на результаты определения расхода не влияют такие параметры, как величина расхода, плотность и теплоемкость вспомогательного потока. Кроме того, реализация предложенного способа позволяет уменьшить влияние тепловых потерь на точность измерения расхода.