Способ измерения расхода жидкого кислорода

 

Использование: в измерительной технике для измерения расхода кислорода бесконтактным путем. Сущность изобретения: создают сужение потока в трубопроводе с помощью неоднородного магнитного поля кольцевого магнита 2 или соленоида 5, охватывающих трубопровод 1, путем образования удерживаемого на его внутренней поверхности кольцевого слоя 4 измеряемой (парамагнитной) жидкости и измеряют силовое воздействие потока на кольцевой слой 4 жидкости по величине осевого усилия, приложенного кольцевым слоем 4 измеряемой жидкости к кольцевому магниту 2 или соленоиду 5. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерении расхода жидкого кислорода.

Известен способ измерения расхода жидкого кислорода, основанный на зависимости от расхода перепада давления на местном сужении потока в трубопроводе, создаваемом введением в последний сужающих устройств, в основном диафрагм или сопел [1] Использование сужающего устройства предполагает нарушение целостности трубопровода, т. е. снижение технологичности способа и средств его обеспечения. Кроме того, обеспечивающее сужение потока устройство, будучи помещенным на пути криогенной жидкости, подвергается заметному разрушению вследствие химического воздействия агрессивной низкокипящей среды и термической усталости материала гидравлической части расходомера, связанной с многократным ее захолаживанием. При этом необходимость использования в проточной части расходомера искусственного сопротивления, являющегося твердым телом, сопровождается возникновением опасности возгорания в жидком кислороде конструкции расходомера при ударном воздействии на это сопротивление частиц окалины, сварочного грата и т. д. наконец, в некоторых случаях расход криопродукта контролируют лишь периодически, из чего очевидно, что постоянно установленные сужающие устройства приводят в данных случаях к неоправданно большим потерям напора и относительному удорожанию измерений.

Ближайшим аналогом изобретения является способ измерения расхода, включающий измерение параметра, зависящего от расхода (перепала давления), на местном сужении потока в трубопроводе [2] Известный способ характеризуется недостаточно высокой надежностью ввиду того, что он предполагает непосредственный контакт измерительного преобразователя (дифманометра) с взрыво- и пожароопасной средой жидким кислородом. Кроме того, поскольку надежная теплоизоляция трубопровода и соединительных линий дифманометра труднодостижима, то в них неизбежно образование газовой фазы, что приводит к снижению точности измерения расхода жидкого кислорода.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение надежности измерения.

Это достигается тем, что местное сужение потока создают путем формирования кольцевого слоя измеряемой жидкости на внутренней поверхности трубопровода путем создания неоднородного магнитного поля охватывающим трубопровод кольцевым магнитом или соленоидом, и в качестве параметра связанного с расходом, используют величину силового воздействия потока на кольцевой слой жидкости, измеряемого по величине осевого усилия, приложенного к кольцевому магниту или соленоиду.

Варианты расходомеров, реализующих предлагаемый способ, приведены на фиг. 1 и 2: на фиг. 1 принципиальная схема расходомера с кольцевым магнитом; на фиг. 2 принципиальная схема расходомера с соленоидом.

Расходомер содержит участок 1 трубопровода, выполненный из немагнитного материала, источник неоднородного магнитного поля, который в первом варианте выполнения (фиг. 1) выполнен в виде кольцевого магнита 2, а во втором варианте (фиг. 2) в виде соленоида 3, охватывающих участок 1 трубопровода, и силоизмеритель 4, жестко связанный с кольцевым магнитом 2 или соленоидом 3, установленными с возможностью осевого перемещения относительно участка 1 трубопровода.

Измеряемой средой расходомера является парамагнитная жидкость жидкий кислород, а местное сужение проточной части расходомера представляет собой кольцевой слой 5 измеряемой среды, расположенной на внутренней поверхности участка трубопровода 1, удерживаемый на ней силой взаимодействия неоднородного магнитного поля кольцевого магнита 2 или соленоида 3 с измеряемой средой. Для снижения необратимых потерь на кольцевом слое 5 измеряемой среды, представляющем собой цилиндрическое сопло, в соответствии с рекомендациями [Правила 28-63 измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. М. Изд-во стандартов, 1978, с. 151 с. 35-37] отношение протяженности кольцевого слоя 5 к внутреннему диаметру участка трубопровода 1 должно находиться в пределах 0,1-0,5, что обеспечивается выбором отношения высоты слоя к внутреннему диаметру кольцевого магнита 2 или соленоида 3, во внутренней полости которых создается неоднородное магнитное поле, также лежащим в пределах 0,1-0,5. Постоянный магнит 2 может быть изготовлен из редкоземельного металла (Sm, Pr, Co) позволяющего получить максимальное значение магнитной индукции Br на внутренней поверхности участка трубопровода 1, равное 0,35 Тл.

Соленоид 3 может представлять собой как обычный электромагнит, создающий магнитное поле с индукцией Br составляющей 2 Тл, так и сверхпроводящий электромагнит с индукцией Br достигающей 15 Тл.

В качестве динамометра 4 может быть использован пьезорезонансный тензопреобразователь, измеряющий усилия в диапазоне от 10^-4 до 0,1 H с абсолютной погрешностью 5 ˙ 10^-5H.

Расходомер работает следующим образом.

При движении измеряемой среды по участку 1 трубопровода на кольцевой слой 5 измеряемой среды, расположенный на его внутренней поверхности, действует гидродинамическая сила, которая уравновешивается силой взаимодействия измеряемой среды с неоднородным магнитным полем кольцевого магнита 2 или соленоида 3, приложенной к ним, и измеряется с помощью динамометра 4, по показаниям которого определяют расход измеряемой среды.

П р и м е р При измерении расхода жидкого кислорода в трубопроводе с внутренним диаметром D_y, равным 0,05 м, что скоростью потока V, составляющей 0,7 м/с, создается динамический напор потока P_∂ ρV²₀/2 ≃ 280 Па, где ρ плотность жидкого кислорода, ρ1142 кг/м³.

Динамический напор потока P_д уравновешивается перепадом давления Δ P_м, удерживаемым объемной магнитной силой, действующей со стороны неоднородного магнитного поля кольцевого магнита 2. Для жидкого кислорода максимальное значение ΔP_м может составлять: ΔP_м= 331 Па, где μ₂ относительная магнитная проницаемость жидкого кислорода, μ₂ 1,0034; B₂ максимальное значение радикальной составляющей индукции магнитного поля внутри кольцевого магнита, для кольцевого магнита из материала (Sm, Pr, Co) B₂=0,35 Тл.

μ_o магнитная постоянная, μ_o=4πx x 10^-7 Гн/м.

При этом гидродинамическая сила, действующая на кольцевой слой 5 жидкости, которая прикладывается к кольцевому магниту 2 и измеряется с помощью динамометра 4, равна: F_∂= C ·S 0,0007 0,1H, где C безразмерный коэффициент сопротивления, для кольцевого слоя C ≈ 1; S (D²_у-D²_к) площадь кольцевого слоя, D_к внутренний диаметр кольцевого слоя, D_к=0,8 D_у.

При использовании в качестве динамометра 3 пьезорезонансного тензопреоб-разователя с абсолютной погрешностью 5 ˙ 10^-5H относительная погрешность измерения гидродинамической силы F_д составит 0,05%

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОГО КИСЛОРОДА, включающий измерение параметра, связанного с расходом, на местном сужении потока в трубопроводе отличающийся тем, что местное сужение потока создают путем формирования кольцевого слоя измеряемой жидкости на внутренней поверхности трубопровода неоднородным магнитным полем охватывающего трубопровод кольцевого магнита или соленоида, а в качестве параметра, связанного с расходом, используют силовое воздействие потока на кольцевой слой, для чего измеряют величину осевого усилия, приложенного кольцевым слоем к кольцевому магниту или соленоиду.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2