Пристрій для вимірювання витрати текучого середовища

1. Пристрій для вимірювання витрати текучого середовища через трубопровід, що містить встановлений у трубопроводі трубчастий корпус із вхідним каналом на фронтальній частині для забору внутрішнього середовища, вихідним каналом трубчастого корпуса для виходу середовища в центральну частину трубопроводу, заглушкою для запобігання виходу середовища за межі трубопроводу і сенсор теплового витратоміра всередині трубчасто го корпуса, який відрізняється тим, що трубчастий корпус виконаний таким, що перетинає подовжню вісь трубопроводу, другий кінець труб C2 2 83107 1 3 83107 ку, що відводиться, залежать від місця, у якому відбирається частина потоку середовища для вимірювання всієї витрати середовища. Відомий інший пристрій для байпасного вимірювання потоку в лінії, що містить звужуючий пристрій, вхідну трубку, перша ділянка якої розміщена в основному тр убопроводі, по якому транспортується потік рідини, до звужуючого пристрою, паралельно потоку рідини, а друга ділянка виходить з основного трубопроводу, витратомір, до якого підключена друга ділянка вхідної трубки, ви хідну трубку, друга частина якої розміщена поза основним трубопроводом і з'єднана з витратоміром, а перша розташована всередині основного трубопроводу після звужуючого пристрою паралельно потоку рідини, при цьому перетин вхідної і вихідної трубок між точками відбору і повернення рідини зменшується [Патент США №5333496, 1995]. В цьому пристрої витрата середовища також вимірюється по параметрах частини потоку середовища, яка відводиться від основного потоку, що знижує точність визначення витрати як і в описаному раніше пристрої. У [патенті Японії №4-34686, 1994], описаний витратомір повітря, який містить байпасний канал, розташований вздовж осі трубопроводу, по якому рухається повітря, паралельно потоку повітря, укріплений за допомогою стійок у стінці трубопроводу. Байпасний канал містить перший і другий датчики теплового витратоміра і складається з двох тр убок, друга з яких має діаметр менший, ніж перша, і розташована всередині першої. Вхідний кінець байпасного каналу (впускний отвір) є першим кінцем першої трубки, у бічній поверхні якої виконані випускні отвори. Другий кінець першої трубки герметично закритий, при цьому друга трубка має довжину, меншу ніж довжина першої та укріплена на вході першої таким чином, що для вимірюваного середовища утворюється прохід від вхідного кінця байпасного каналу через другу трубку до її кінця і далі через простір між другою і першою трубкою і через випускні отвори в потік середовища, що транспортується. Всі елементи даного пристрою знаходяться всередині трубопроводу, що дозволяє знизити недоліки описаних вище пристроїв, однак і при такому його виконанні також не враховується характер розподілу густини, тисків, температур і швидкостей потоку середовища по перетину трубопроводу, що приводить до зниження точності вимірювання витрати. Найбільш близьким до пристрою, що заявляється, є пристрій для вимірювання витрати середовища, який містить прямий трубчастий корпус, встановлений в основному трубопроводі, по якому транспортується середовище, і розміщений в ньому сенсор теплового витратоміра [Патент Росії №2143666, 1999]. Трубчастий корпус герметично закріплений у стінці основного трубопроводу таким чином, що його зовнішній кінець, у якому герметично закріплена заглушка, розташований зовні основного трубопроводу, і встановлений до осі потоку середовища під кутом а. Внутрішній кінець трубчасто го корпуса відкритий в основний трубопровід, досягає центра основного трубопроводу та 4 обрізаний під кутом 90-180° до осі потоку середовища. У тр убчастому корпусі встановлений трубчастий шток з герметично закритим внутрішнім кінцем, у якому встановлений сенсор теплового витратоміра. Зовнішній кінець штока герметично закріплений у заглушці, а у фронтальній частині трубчасто го корпуса біля стінки основного трубопроводу виконаний забірний отвір для надходження середовища з основного трубопроводу. Площа цього отвору дорівнює 1-4 площам перетину трубчастого корпуса, а діаметр останнього дорівнює 23 діаметрам штока. В цьому пристрої параметри потоку всередині трубчасто го корпуса залежать від параметрів основного потоку, локалізованого біля забірного отвору у фронтальній стінці трубчастого корпуса та біля його внутрішнього відкритого кінця. В результаті характер розподілу швидкостей, густини, тисків, температур і в'язкостей по перетину тр убопроводу не враховується, що звужує область застосування і знижує точність вимірювання витрати, особливо для багатофазних несталих потоків. Метою даного винаходу є створення удосконаленого пристрою для вимірювання витрати текучого середовища, у якому будуть враховані розподіли швидкостей, густини, тисків, температур і в'язкостей потоку середовища по всьому перетині трубопроводу, і потік середовища буде найбільш повно узгоджений із зоною найбільшої чутливості сенсора, що приведе до підвищення точності визначення витрати середовища. Поставлена мета досягається за рахунок того, що у відомому пристрої для вимірювання витрати текучого середовища через трубопровід, що містить встановлений у трубопроводі трубчастий корпус із вхідним каналом на фронтальній частині корпусу для забору середовища, вихідним каналом трубчастого корпуса для виходу середовища в центральну частину тр убопроводу, заглушкою для запобігання виходу середовища за межі трубопроводу і сенсор теплового витратоміра всередині трубчастого корпуса, у частині, що знаходиться в потоці, відповідно до винаходу тр убчастий корпус перетинає поздовжню вісь трубопроводу, при цьому другий кінець трубчастого корпуса, що знаходиться всередині трубопроводу, також заглушений, вхідний канал має розподілену вздовж всієї фронтальної стінки трубчастого корпуса апертур у, а ви хідний канал виконаний на тильній поверхні трубчастого корпуса і виходить у центральну частин у трубопроводу. Апертура вхідного каналу пристрою може бути виконана у виді системи отворів, розподілених вздовж фронтальної стінки трубчастого корпуса або щонайменше у виді двох отворів, розташованих симетрично по обидві сторони від подовжньої осі трубопроводу. Таке виконання апертури вхідного каналу дозволяє здійснити забір середовища в декількох, за числом вхідних отворів, локальних зонах потоку на його перетині, що приводить до підвищення точності вимірів. Кожен отвір може бути виконаний у виді віялоподібної структури, у якій осі отворів відхилені від напрямку потоку середовища на кут у межах від 60° до +60°. У цьому випадку знижується чутли 5 83107 вість пристрою до точності кутової орієнтації трубчастого корпуса щодо подовжньої осі трубопроводу, найбільш повно усереднюються параметри середовища, що транспортується, всередині корпуса. Апертура вхідного каналу пристрою може бути виконана також у виді подовжньої щілини у фронтальній стінці трубчастого корпуса, що дозволяє врахувати параметри основного потоку по всьому перетині трубопроводу, що також приводить до підвищення точності вимірів. Якщо довжина чутливої частини сенсора істотно менше ніж довжина вхідного каналу (точковий сенсор), сенсор доцільно розмістити в центральній частині трубчастого корпуса, чутливою частиною в зоні вихідного каналу. У цьому випадку сигнал сенсора буде визначатися параметрами усередненого потоку, що витікає через вихідний отвір, і точність визначення витрати підвищується. Якщо сенсор виконаний таким чином, що довжина його чутливої частини порівнянна з довжиною вхідного каналу (лінійний сенсор), він буде знаходитися не в усередненому потоці, а в потоці з реальним розподілом швидкостей, густини, тисків, температур і в'язкостей по перетині трубопроводу; це дозволяє найбільш повно узгодити параметри потоку через трубчастий корпус з характеристиками сенсора, що також веде до підвищення точності визначення витрати середовища, що транспортується. Трубчастий корпус може перетинати весь перетин трубопроводу від стінки до стінки. На кресленнях представлені: - на Фіг.1 - схематичне зображення пропонованого пристрою для вимірювання витрати середовища з трубчастим корпусом, який перетинає весь перетин трубопроводу і вхідним каналом у виді системи отворів на фронтальній поверхні трубчасто го корпуса; - на Фіг.2 - схематичне зображення пропонованого пристрою для вимірювання витрати середовища з вхідним каналом у виді щілини на фронтальній поверхні трубчастого корпуса і сенсором, розміщеним у центральній частині трубчастого корпуса в зоні вихідного каналу; - на Фіг.3 - зображення пристрою з вхідним каналом у виді системи з двох отворів з віялоподібною структурою отворів. - на Фіг.4 - схематичне зображення пропонованого пристрою для вимірювання витрати середовища з вхідним каналом у виді системи отворів на фронтальній поверхні трубчастого корпуса і лінійним сенсором (вздовж усієї подовжньої осі корпуса через весь перетин трубопроводу). Пристрій для вимірювання витрати середовища містить трубчастий корпус 1, закріплений у стінці трубопроводу 2, по якому транспортується середовище, витрати якого виміряється (Фіг.1). Трубчастий корпус 1 перетинає весь перетин трубопроводу 2 від стінки до стінки. Порожнина всередині трубчастого корпуса 1 у частині, що знаходиться всередині трубопроводу 2, обмежена заглушками 3 і 4. Фронтальна поверхня трубчастого корпуса 1, що знаходиться в потоці (стосовно потоку), містить вхідний канал, який симетричний 6 відносно подовжньої осі трубопроводу, з апертурою, що може бути виконана у виді системи отворів 5, тильна - вихідний канал у виді отвору 6 у центральній частині корпуса. Вхідний канал має розподілену апертуру і служить для добору середовища по перетині трубопроводу. Вихідний канал служить для відводу середовища з корпуса в центральну частину тр убопроводу (Фіг.1-4). В інших варіантах виконання вхідний канал виконаний у виді щілини 7 у фронтальній стінці трубчастого корпуса 1 (Фіг.2) або у виді двох отворів (Фіг.3), розміщених симетрично щодо подовжньої осі трубопроводу. З метою зменшення чутли вості пристрою до точності встановлення трубчастого корпуса щодо подовжньої осі потоку, кожен отвір 5 вхідного каналу 1 може бути виконаний у виді віялоподібної структури, що включає декілька більш дрібних отворів 8, осі яких відхилені від осі потоку на кут у межах від -60° до +60° (Фіг.3). Трубчастий корпус 1 може бути встановлений під кутом а до подовжньої осі трубопроводу. Всередині трубчастого корпуса 1 у потоці відібраного середовища розміщають сенсор 9 теплового витратоміра (Фіг.1). Якщо довжина чутливої частини сенсора 9 істотно менше ніж довжина вхідного каналу L, то сенсор 9 доцільно встановити в центральній частині трубчастого корпуса 1 у зоні вихідного отвору 6 (Фіг.2). У цьому випадку сенсор реагує на усереднений потік. Якщо довжина чутливої частини сенсора 9 порівнянна з довжиною вхідного каналу L, то сенсор 9 розміщають подовжньо корпусу 1 на його осі (Фіг.4). У цьому випадку сенсор буде реагувати на реальний розподіл параметрів потоку по перетині трубопроводу. У пристрої може бути використаний будь-який відомий сенсор теплового витратоміра, електричні параметри якого, зазвичай омічний опір, залежать від струму підігріву і параметрів середовища, яким він омивається. Пристрій для вимірювання витрачання середовища працює в такий спосіб. Середовище, що транспортується, при переміщенні по трубопроводу 2 через систему отворів 5 або щілини 7 надходить у порожнину трубчастого корпуса 1, обмежену заглушками 3, 4, і виходить з неї через вихідний канал 6, омиваючи при цьому сенсор теплового витратоміра 9 (Фіг.1, 2, 4). Потік у трубчастому корпусі, що омиває сенсор, створюється, в основному, за рахунок: - різниці тисків у місці знаходження отворів вхідного каналу і вихідного каналу; - динамічного напору в зоні вхідного каналу. Точковий сенсор 9, розміщений у зоні вихідного отвору 6, буде омиватися усередненим потоком, що надходить у корпус через систему отворів 5 або щілину 7 у фронтальній стінці корпуса 1, і який виходить через вихідний канал 6 (Фіг.2). Окремі чутливі ділянки лінійного сенсора 9 будуть знаходитись в зоні дії різних потоків, відібраних з різних точок перетину трубопроводу, у результаті чого сигнал такого сенсора буде містити інформацію про інтегрований розподіл параметрів потоку по перетині трубопроводу (Фіг.4). 7 83107 Так як сенсор знаходиться в усередненому потоці або на нього впливають потоки, відібрані з різних точок перетину трубопроводу, сигнал сенсора несе інформацію про потік з усередненими 8 фізичними характеристиками, такими як густина, тиск, температура, в'язкість, швидкість, унаслідок чого підвищується точність виміру витрати, особливо при несталих потоках. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83107 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601