Способ определения расхода потока жидкости или газа

 

Использование: в контрольной технике для химических производств, в частности в способе определения расхода потока жидкости или газа. Сущность изобретения: способ предусматривает введение в поток измеряемой жидкости метки в виде капли магнитной жидкости и измерение по изменению магнитного потока в измерительных сечениях интервала времени, за которое метка проходит фиксированное расстояние. 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в химической промышленности.

Известен способ измерения расхода, по которому в поток измеряемого вещества вводят магнитную частицу в виде стального шарика и измеряют время прохождения им фиксированного расстояния [1] Недостатками известного способа являются ограничение по измеряемой скорости и невозможность применения для измерения расхода химически агрессивных сред.

Ближайшим аналогом изобретения является меточный способ измерения расхода, по которому в поток вводят метку, обладающую свойством не смешиваться с измеряемой средой, детектируют момент прохождения меткой контрольных сечений и определяют интервал времени, за которое метка проходит фиксированное расстояние [2] Недостатком этого способа является неприменимость в агрессивных средах.

Техническим результатом от использования изобретения является расширение диапазона измеряемых сред и расходов.

Это достигается тем, что по способу, по которому в поток вводят метку и измеряют интервал времени t_n, за который метка проходит с потоком фиксированное расстояние между двумя поперечными сечениями потока, а величину расхода определяют по формуле Q f/t_n, где f пересчетная функция, в качестве материала метки используют магнитную жидкость, а момент прохождения меткой поперечного сечения потока определяют по изменению магнитного потока в сечении.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа с одним детектором; на фиг. 2 с двумя детекторами.

С помощью инжектора 1 в измерительный канал 2 вводится порция магнитной жидкости и измеряется время t_n, за которое образовавшаяся метка потока проходит расстояние между двумя поперечными сечениями (от инжектора 1 до регистрирующего элемента 3, фиг. 1, или между двумя измерительными элементами 3 и 4, фиг. 2). Далее по величине t_n вычисляют величину расхода Q из соотношения Q f (t_n), где f пересчетная функция, определяемая посредством калибровки по эталонному способу определения расхода.

Поскольку магнитная жидкость представляет собой коллоидную систему, состоящую из мелких (порядка 100 ) частиц магнетика, диспергированных в жидкости-носителе, выбором соответствующей жидкости-носителя (химически нейтральной по отношению к жидкости измеряемого потока) устраняется химическое взаимодействие магнитной метки (капли магнитной жидкости) с потоком. Таким образом, жидкость-носитель защищает магнитные частицы от разрушения.

Поскольку объем капли магнитной жидкости равен сумме объемов ее составных частей, для плотности ρ_f магнитной жидкости можно записать соотношение ρ_f ρ₁ϕ + ρ₂ (1 ϕ), где ϕ объемное содержание магнетика в магнитной жидкости. Варьируя величины ϕ и ρ₂, можно изготавливать магнитные жидкости с различной плотностью ρ_f, значения ρ_f могут лежать в диапазоне от 0,873 до 2,05 г/см³, т. е. как превышать, так и быть меньше плотности воды. Таким образом, подбором плотности соответствующей магнитной жидкости можно добиться равенства плотностей метки (капли магнитной жидкости) и жидкости потока. Скорость оседания магнитной метки равна нулю, и метка действительно перемещается вместе с потоком, так как магнитная метка обладает нейтральной плавучестью и может находиться в потоке во взвешенном состоянии сколь угодно долго.

Магнитные жидкости представляют собой суспензии мелких магнитных частиц, диспергированных в жидкости-носителе, поэтому для их регистрации применяются, как правило, магнитные измерения намагниченности, магнитной восприимчивости среды. В качестве такого измерительного устройства можно использовать катушку индуктивности, намотанную на измерительный канал. Прохождение метки (капли магнитной жидкости) внутри катушки вызывает изменение ее индуктивности, которое можно измерить либо мостовым способом, либо если катушка индуктивности является частью LC-контура генератора синусоидального сигнала, по изменению частоты генератора. Сигналы с датчиков магнитной метки далее поступают на устройство измерения промежутка времени. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает измерение расхода потока.

Средняя скорость потока V_c связана со скоростью движения метки посредством коэффициента, определяемого профилем скорости потока (распределением скорости потока по сечению). Как известно, профиль скорости зависит как от характера течения ламинарного или турбулентного (что определяется числом Re), так и геометрии трубопровода (наличие местных сопротивлений может приводить к нарушению симметрии потока). В связи с этим возникает необходимость в калибровке устройства, в котором реализуется заявляемый способ, по эталонному способу измерения расхода.

К достоинствам способа относятся обеспечение измерения расхода широкого класса жидкостей и газов (как оптически прозрачных, та к и нет, ионизированных газов с различными химическими свойствами), бесконтактный способ измерения, а также то, что вещество метки не загрязняет измеряемый поток, так как магнитная жидкость легко удаляется из потока магнитными ловушками.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, при котором в потоке вводят метку и измеряют интервал времени, за которое метка проходит с потоком фиксированное расстояние между двумя поперечными сечениями потока, а величину расхода определяют по формуле Q f(t_n), где f пересчетная функция, отличающийся тем, что в качестве материала метки используют магнитную жидкость, а момент прохождения поперечного сечения потока определяют по изменению магнитного потока в сечении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2