Пристрій для вимірювання витрати

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода газа или жидкости в широком диапазоне скоростей. Известно приемное устройство термоанеометра, терморезистор которого установлен в диффузорноконфузорном канале насадка (а. с. СССР № 1147983, кл. G 01 Ρ 5/12). Такая форма канала обеспечивает торможение потока вследствие увеличения площади его поперечного сечения. При этом насыщение термоанеометра происходит при больших скоростях основного потока жидкости, что расширяет диапазон измеряемых скоростей, уменьшает пульсационные составляющие скорости и увеличивает точность измерений. Ограниченный диапазон измеряемых скоростей (их верхний предел равен 18-20 м/с) не позволяет применять устройство для измерения расхода, например, в магистральных газопроводах, где скорости достигают 70-100 м/с. Ремонт или замена устройства неизбежно сопряжены или с разгерметизацией трубопровода (оборудования), где установлено устройство, и как следствие, с выбросом рабочего тела в атмосферу при невозможности остановки работы трубопровода (оборудования), или с необходимостью остановки последнего. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения расхода (а.с. СССР № 1352214, кл. G 01 F 1/68), содержащее первичный преобразователь расхода в виде втулки с соосной выемкой в нижней ее части и центральным коническим выступающим обтекателем, заканчивающимся выпуклой (сферической) поверхностью, причем выемка соединена с измерительным участком в виде цилиндрической камеры по крайней мере одним сквозным отверстием, а обтекатель соединен меньшим основанием с дном выемки и имеет соосное сквозное отверстие. В измерительном участке установлены нагреватель и термоприемники. Выемка втулки, т.е. пространство между втулкой и обтекателем, сквозные отверстия, измерительный участок и соосное отверстие обтекателя образует обводной (байпассный) канал, на входе и выходе которого устанавливаются разные давления: на входе усредненное динамическое давление Рg как следствие частичного торможения потока на конической части обтекателя, на выходе (выход соосного сквозного отверстия обтекателя) - пониженное давление Рр, соответствующее увеличению скорости потока при обтекании последним выпуклой поверхности обтекателя. Под действием этой разности давлений DP = Pg - Pp в измерительном участке обводного канала реализуется течение (со скоростью Сн), которое изменяет разность температур нагревателя и термоприемников. Изменение разности температур, в свою очередь, изменяет падение напряжения на термоприемниках, которое и несет информацию о расходе жидкости в трубопроводе. Недостатком известной конструкции является применимость ее для измерения только больших скоростей: скорость обтекания термоприемников существенно уменьшена по сравнению со скоростью основного потока. При малых скоростях основного потока (до 10 м/с) течение в измерительном участке будет осуществляться со скоростями, близкими к нулю (как из-за малой разности давлений на концах обводного канала, так и вследствие его гидродинамического сопротивления), что затруднит или сделает невозможной фиксацию соответствующего падения напряжения на термоприемниках. Другой недостаток известной конструкции, как и предыдущей, - это невозможность ее ремонта или замены без разгерметизациии трубопровода (с выбросом рабочего тела в окружающую среду) или без его остановки. Техническая задача, для которой предназначено предлагаемое изобретение, состоит в расширении диапазона измерения расхода и улучшении ремонтопригодности устройства. Техническая задача решается тем, что устройство для измерения расхода, содержащее измерительный участок с установленными в нем нагревателем и термоприемниками, втулку с внутренней цилиндрической проточкой в нижней ее части, конический выступающий обтекатель с соосным сквозным отверстием, заканчивающийся выпуклой поверхностью, причем проточка соединена с измерительным участком по крайней мере одним сквозным отверстием, снабжено пластиной с выпуклой поверхностью, расположенной с зазором против выпуклой поверхности обтекателя с образованием в зазоре конфузорно-диффузорного канала, втулка и обтекатель выполнены с возможностью независимого осевого перемещения относительно пластины, а сквозное отверстие выполнено в обтекателе. Для обеспечения максимальной чувствительности нагревателя и теплоприемников к теплосъему скорость Сн обтекающего их потока должна изменяться в небольшом (ограниченном) диапазоне. Сохранение скорости Сн в указанном диапазоне значений осуществляется как регулированием минимальной площади входного проходного сечения обводного канала, т.е. кольцевой площади между конической поверхностью обтекателя и втулкой, так и регулированием величины разрешения на выходе обводного канала, т.е. в самом узком сечении конфузорнодиффузорного канала между обтекателем и пластиной. В случае большой скорости основного потока, когда величина DP велика и скорость Сн превосходит максимальное значение допустимого диапазона скоростей обтекания нагревателя и термоприемника, снижение скорости Сr достигается уменьшением площади минимального проходного сечения обводного канала путем осевого перемещения втулки и конической поверхности обтекателя (тем самым уменьшается расход потока, обтекающего нагреватель и термоприемник). В другом случае, когда скорость основного потока мала, и как следствие, скорость Сr обтекания нагревателя и термоприемника меньше минимального значения допустимого диапазона этих скоростей, увеличение скорости Сн достигается увеличением перепада давления DP (или уменьшением давления Рр на выходе обводного канала), что является следствием соответствующего увеличения конфузорности конфузорно-диффузорного канала при приближении выпуклой поверхности обтекателя к профилированной пластине (при осевом перемещении обтекателя к профилированной пластине). Суть заявляемого устройства для измерения расхода поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено устройство в рабочем положении; на фиг. 2 - схема работы устройства. Устройство для измерения расхода содержит державку 1 с жестко соединенной с нею пластиной 2, имеющей выпуклую поверхность 3, втулку 4 с соосной выемкой 5 в нижней ее части, обтекатель 6 с конической и выпуклой поверхностями 7, 8, с соосными сквозным отверстием 9 и по крайней мере одним боковым отверстием 10, нагреватель и теплоприемник 11, установленные в измерительном участке 12, гайку 13 с кронштейном 14, гайку 15 для перемещения втулки 4. Выемка 5 втулки 4, боковые отверстия 10, измерительный участок 12 и соосное сквозное отверстие 9 обтекателя 6 образуют обводной (байпассный) канал с выходным и выходным сечениями 16, 17. Выпуклые поверхности 8 и 3 обтекателя 6 и профилированной пластины 2 образуют конфузорнодиффузорный канал 18. Резьбовые соединения 19, 20 служат для осевого независимого перемещения, соответственно обтекателя 6 и втулки 4. Устройство работает следующим образом. Рабочее тело, скорость или расход которого измеряется, частично подтормаживается на конической поверхности 7 обтекателя 6, в результате чего во входном сечении 16 одводного канала устанавливается усредненное динамическое давление Рg, превышающее давление Ρ в основном потоке. В конфузорной части конфузорно-диффузорного канала 18 основной поток ускоряется, давление в нем падает, и в самом узком месте, т.е. в выходном сечении обводного канала, устанавливается максимально пониженное (по сравнению с основным потоком) давление Pp. Под действием разности давлений DP = Pg - Pp в измерительном участке 12 реализуется течение с некоторой скоростью Сн обтекания термоэлементов: нагревателя и термоприемников 11. Максимальная чувствительность термоэлементов 11 и, следовательно, максимальная точность измерения расхода (скорости) имеют место, когда скорости Сн ограничены некоторым узким диапазоном значений C min £ C H £ C max . Так как скорость Сн пропорциональная скорости С основного потока, то очевидно, что при фиксированном заданном взаимном положении державки 1, втулки 4 и обтекателя 6 скорость Сн будет лежать вне диапазона ее оптимальных значений, когда скорость С основного потока большая (100 м/с и более) или очень маленькая (до 10 м/с). В первом случае для уменьшения Сн уменьшают площадь входного сечения 16 обводного канала путем осевого перемещения втулки 4 к конической поверхности 7 обтекателя 6. Этим самым уменьшается расход через обводной канал и, следовательно, скорость потока в тем, т.е. скорость Сн обтекания термоэлементов 11. Втулка 4 перемещается при вращении гайки 15, связанной с ней резьбовым соединением 20. Для уменьшения Сн уменьшают также перепад DP = Pg - Pp за счет увеличения давления Рр на выходе 17 обводного канала, что имеет место при уменьшении конфузорности канала 18, т.е. при осевом перемещении обтекателя 6 вверх от пластины 2. Обтекатель 6 перемещается при его вращении в резьбовом соединении 19. Понижения скорости Сн до необходимой величины можно достигнуть, совмещая, комбинируя указанные два способа регулирования. В другом случае, когда необходимо увеличить скорость Сн, .перемещения втулки 4 и обтекателя 6 должны быть осуществлены в противоположном (по сравнению с предыдущим случаем) направлении; втулка 4 перемещается вверх, что увеличивает площадь входного сечения 16 обводного канала; обтекатель 6 перемещается вниз, что увеличивает конфузорность канала 18, соответственно, понижает давление Рр, увеличивает перепад DP = Pg - Pp и скорость Сн. При необходимости ревизии, ремонта или замены термоэлементов обтекатель 6 опускается в нижнее крайнее положение, так что пластина 2 своей выпуклой поверхностью 3 перекрывает выходное сечение 17 обводного канала, и втулка 4 опускается в свое крайнее нижнее положение до упора в коническую поверхность 7 обтекателя 6, так что перекрывается входное сечение 16 обводного канала. В результате последний отсекается от основного потока и термоэлементы 11 вынимаются без выброса рабочего тела в окружающую среду и соответственно без остановки трубопровода или оборудования, где установлено устройство для измерения расхода.