Спосіб вимірювання масових витрат рідини із змінною об`ємною густиною

1. Спосіб вимірювання масових витрат рідини із змінною об'ємною густиною, що полягає в акумулюванні та випуску рідини з накопичувальної ємкості і визначенні параметрів потоку, який відрізняється тим, що рідину із акумулюючої ємкості випускають через патрубок, визначають гідродинамічне зусилля на виході із патрубка, рівень рідини, шуканий параметр знаходять як відношення гідродинамічної сили до кореня квадратного із величини рівня рідини при умов, що пульсації рівня не 35838 Задача, яку реалізує запропонований спосіб, полягає в підвищенні точності вимірювання масових витрат рідини в умовах зміни густини рідини, дії пульсації і нерівномірності потоку. Поставлена задача розв'язується завдяки тому, що на відміну від відомого способу вимірювання масових витрат рідини її з накопичувальної ємкості випускають через патрубок, на кінці якого вимірюють гідродинамічну силу F потоку, а в самій ємкості визначають рівень рідини Н, за якими шукані масові витрати рідини знаходять як відношен QM = m H, e 2 g K1 dd Пj × F H , (4) де вираз: S Oe 2 g K1dd Пj = const = K , (5) тому: ня F / H при умові, що пульсації рівня рідини не перевищують установленої границі, а процес вимірювання здійснюють в діапазоні 0,75.. 1,0 найбільшого значення рівня. Крім того, випуск рідини через патрубок припиняють при досягненні нижньої точки діапазону вимірювання 0,75 HMAX або при виникненні небезпечних з точки зору точності пульсацій рівня з послідуючою зупинкою припливу рідини при досягненні найбільшого HMAX значення рівня. Для підвищення точності, завдяки зменшенню похибки від пульсації рівня рідини, добуток площі поперечного перерізу накопичувальної ємкості і найбільшого значення рівня приймають з умов забезпечення допустимої амплітуди пульсації рівня рідини при збурюючих діяннях потоку. На фіг. 1 і фіг. 2 зображені схеми вимірювання масових витрат рідини відомим і запропонованим способом. З приведених схем видна сутність вимірювання масових витрат обома способами. В обох випадках рідина подається каналом 1 і накопичується в ємкості 2, вимірюється рівень рідини рівнеміром. У відомому способі (фіг. 1) передбачене вимірювання густини рідини густиноміром 3 з перетворювачем 4 і рівня перетворювачем 5. Обчислювальний блок 6 визначає добуток сигналів, який фіксується регіструючим приладом 7. Густиномір в даних умовах вимірювання не може забезпечити високої точності, тому результуюча похибка на виході регістратора буде ще більшою. Крім того, похибка значно збільшується при дії пульсації і за рахунок запізнювання в колі густиноміра, що створює неспівпадіння сигналів в часі. В запропонованому способі (фіг. 2) із канала 1 рідина надходить до накопичувальної ємкості 2 і заповнює її та патрубок 3. Накопичувальна ємкість і патрубок створюють гідравлічний перетворювач для якого справедливі залежності (1) і: F = 2 gK1gdd Пj S Oe QM = K F H , (6) Таким чином, масові витрати в гідравлічному перетворювачі можна визначати за відношенням F / H . Канал вимірювання гідродинамічної сили з тілом обтікання 4 і перетворювачем сили 5 замінює пристрій визначення об'ємної густини у відомому способі (фіг. 1). Його сигнал прямо пропорційно залежить від густини у рідини, перетворювач має високу чутливість однаково реагує на будь-яке значення параметра, не залежить від інших змінних величин, вплив зміни Н частково компенсується при виконанні операції ділення, тому спосіб забезпечує більш високу точність вимірювання масових витрат рідини порівняно з існуючим. Ще одним важливим фактором забезпечення точності вимірювання запропонованим способом є співпадання фаз сигналів гідродинамічної сили і рівня рідини. Похибка вимірювання, яку створюють пульсації в подібних системах за рахунок проходження сигналів через перетворювачі 5 і 6, обчислювальний блок 7 і подільник 8 до регістратора 9, не може бути ліквідованою, тому реєстрацію вихідної величини блоком 9 здійснюють лише в умовах, коли пульсації рівня або відсутні, або незначні (допустимі з міркувань виникнення додаткової похибки). Пульсації рівня вимірюють датчиком 10. Якщо пульсації відсутні або малі і приплив рідини нормальний, то відбувається неперервне вимірювання масових витрат. При зниженні рівня рідини до мінімального значення HMIN=0,75НMAX по сигналу перетворювача 6 спрацює логічна схема 11 і запірним елементом 12 перекриє вихід патрубка 3. Сигнал блока 5 буде дорівнювати нулю і реєстрація вихідної величини автоматично припиниться. При наповненні накопичувальної ємкості 2 рідиною до верхнього рівня НMAX знову спрацює блок 11 і відкриє вихідпатрубка. Робота реєстратора 9 продовжиться. Якщо по якійсь причині виникнуть значні пульсації рівня, то вони будуть зафіксовані блоком 10 і в будь-якій точці діапазону (2) K 1 , g , j , m , e - постійні; d - діаметр тіла обтікання; d П - діаметр патрубка; F - гідроде вимірювання QM припиняться, патрубок 3 буде закритим, що в режимі пульсацій напевне накопичувальну ємкість до найбільшого рівня. Якщо пульсації не припиняться, то по команді блока 13 запірним органом 14 буде закритий канал 1. Вимірювання відбудуться в межах від HMAX до HMIN без пульсацій. Далі робота схеми відновиться. Безперебійність і точність вимірювань в умовах пульсацій потоку забезпечують вибором параметрів гідравлічного перетворювача і середовища. Для даного гідравлічного перетворювача справедлива залежність: динамічна сила, яка створюється потоком при взаємодії з тілом обтікання. Об'єднуючи рівняння (1) і (2), отримаємо: K dd j (3), F= 1 П 2 gHQM , S 0e звідки масові витрати рідини: 2 35838 побігти шкідливому впливу пульсацій і діапазон зміни рівня вибирають в межах (0,75... 1,0) НMAX. Дана умова забезпечує практично неперервну роботу приладу, якщо не буде відхилень технологічного процесу від нормального ходу. При відхиленнях можуть виникнути перебої в надходженні вимірюваного середовища або збільшитись пульсації. В таких ситуаціях даний спосіб передбачає допоміжні заходи щодо забезпечення високої точності вимірювання - це припинення випуску рідини при досягненні НMIN та накопичення її в пульсуючому стані, а випуск - в спокійному. Для отримання порівняльних даних проводились вимірювання масових витрат рідини існуючим і запропонованим способом. Змінювали масові витрати, об'ємну густину рідини і пульсації потоку. Точність в обох варіантах визначається як безпосередньо самим способом вимірювання, так і класом точності вимірювальних засобів, які використовують. Тому приймались всі засоби вимірювання необхідних параметрів одного класу точності. Порівняльні експериментальні показники для способів вимірювання масових витрат рідини наведені в таблиці. Q v = VMAX , (7) SH MAX де v - чутливість перетворювача до збурень потоку, QVMAX - найбільше значення об'ємних витрат; S - площа поперечного перерізу накопичувальної ємкості; НMAX - найбільше значення рівня рідини. При реалізації запропонованого способу вимірювання необхідно забезпечити задане значення QVMAX . Це легко зробити, так як при будь якій висоті H за рахунок зміни діаметра патрубка можна забезпечити необхідне значення QVMAX . Із залежності (7) витікає, що, чим більша площа S поперечного перерізу накопичувальної ємкості і чим більше максимальне значення рівня рідини, тим менша чутливість гідравлічного перетворювача до збурень. Її можна практично як завгодно зменшувати, так як S і НMAX в запропонованому способі не мають обмежень в широкому діапазоні їх зміни. Зменшуючи v гідравлічного перетворювача, можна рівень пульсації відносно НMAX знизити так, що їх вплив буде зовсім незначним. Щоб за Таблиця Спосіб вимірювання масових витрат 1. Існуючий 2. Запропонований Масові витрати рідини, кг/с Густина рідини, г/см 0,1 ...0,5 0,1 ...0,5 0,7...1,1 0,7...1,1 Як видно з таблиці, запропонований спосіб вимірювання масових витрат рідини дозволяє різко знизити похибку вимірювання параметра, осо Відносна похибка вимірювання масових витрат, % ±(2,2... 3,25) ±1,5 бливо в умовах зміни густини, дії пульсацій і нерівномірності подачі середовища. Фіг. 1 3 35838 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4