Способ измерения расхода жидкости и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: при измерении расхода жидкости путем размещения в движущейся жидкости объемного расходомера с механическим измерительным элементом, который связан со счетным механизмом, компенсируют сопротивление расходомера движению жидкости, прикладывая к механическому измерительному элементу крутящий момент, величину которого определяют по разности давлений жидкости на входе и выходе расходомера. Устройство содержит объемный расходомер, механический измерительный элемент которого связан со счетным механизмом, дифференциальный манометрический механизм и двигатель с системой управления его крутящим моментом, связанной с дифференциальным манометрическим механизмом, а вал двигателя соединен с валом механического измерительного элемента расходомера. Двигатель с системой управления его крутящим моментом выполнен в виде гидромотора с входным и выходным трубопроводами и заслонки, установленной в трубопроводе расходомера. Входной и выходной трубопроводы гидромотора соединены с трубопроводом расходомера до и после заслонки, которая кинематически связана с дифференциальным манометрическим механизмом. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике измерения расхода жидкости.

Известны способ и устройство для измерения расхода жидкости объемным расходомером с механическим измерительным элементом, связанным со счетным механизмом [1] Известный способ и устройство не обеспечивают достаточной точности измерения расхода, так как с увеличением расхода и изменением вязкости жидкости изменяется величина утечек через неплотности конструкции, что приводит к ошибкам измерения.

Для эффективного управления технологическими процессами в ряде отраслей необходима высокая точность измерения расхода, с погрешностью не хуже 0,1-0,3% и малой чувствительностью к физико-химическим свойствам измеряемых сред.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и уменьшение чувствительности к изменению физико-химических свойств измеряемых жидкостных сред. Указанный результат достигается тем, что в способе измерения расхода жидкости путем размещения в движущейся жидкости объемного расходомера с механическим измерительным элементом, связанным со счетным механизмом, в процессе измерения расхода жидкости компенсируют сопротивление расходомера движению жидкости путем приложения к механическому измерительному элементу расходомера крутящего момента, а величину приложенного крутящего момента определяют по разности давлений жидкости на входе и выходе расходомера.

Технический результат достигается также тем, что в устройство измерения расхода жидкости, содержащее объемный расходомер, механический измерительный элемент которого связан со счетным механизмом, введены дифференциальный манометрический механизм и двигатель с системой управления его крутящим моментом, связанной с дифференциальным манометрическим механизмом, причем вал двигателя соединен с валом механического измерительного элемента расходомера.

Кроме того в устройстве двигатель с системой управления его крутящим моментом выполнен в виде гидромотора с входным и выходным трубопроводами и заслонки, установленной в трубопроводе расходомера, при этом входной и выходной трубопроводы гидромотора соединены с трубопроводом расходомера соответственно перед и после заслонки, кинематически связанной с дифференциальным манометрическим механизмом.

Возможный вариант выполнения изобретения представлен на чертеже, где фиг. 1 принципиальная схема реализации способа измерения расхода жидкости; фиг. 2 конструктивная схема варианта выполнения устройства; фиг.3 сечение по А-А фиг.2.

Способ измерения расхода жидкости в расходомерах объемного типа, схема которого изображена на фиг.1, предусматривает при движении жидкости через расходомер 1, содержащий механический измерительный элемент (не показан), определение давления в трубопроводах 2 и 3 перед расходомером 1 и после него, сравнение этих давлений в элементе 4 и выработку в нем управляющего сигнала, создание под влиянием этого сигнала в элементе 5, связанном с измерительным элементом расходомера, такого по величине и направлению крутящего момента, чтобы уменьшить до минимально возможной величины сопротивление расходомера движению жидкости.

В соответствии с указанным выше способом устройство для измерения расхода жидкости в расходомерах объемного типа в общем случае содержит в составе расходомера механический измерительный элемент и механизм для передачи счетчику расхода, элемент 4 выполняют в виде дифференциального манометрического механизма с преобразователем, преобразующим разность давления жидкости в управляющий сигнал, а в качестве элемента 5 применяют двигатель любого типа (в том числе и обычный электродвигатель), вал которого соединен с валом расходомера 6.

Конкретный вариант возможного исполнения устройства по изобретению изображен на фиг. 2 и 3. Расходомер 6 состоит из корпуса 7 и шестерен 8 и 9, установленных на валах 10 и 11. В корпусе 7 выполнены входной 12 и выходной 13 трубопроводы. В трубопроводе 12 установлена заслонка 14, соединенная тягой 15 с гибкой мембраной 16.

В том же корпусе 7 расположен гидромотор 17, выполненный в виде такого же, как расходомер 6, шестеренного насоса, шестерни которого, аналогичные шестерням 8 и 9, установлены на продолжении валов 10 и 11 и отделены от расходомера перемычкой 18. В трубопроводе 12 по обе стороны заслонки 14 выполнены отверстия, соединяющие трубопровод 12 каналами 19 и 20 соответственно с входным и выходным отверстиями гидромотора 17.

Мембрана 16 установлена в корпусе 7 между полостями 21 и 22, которые соединены каналами 23 и 24 соответственно с входным и выходным отверстиями расходомера 6.

Расходомер работает следующим образом.

Жидкость, расход которой измеряется, поступает в трубопровод 12, по которому поступает к расходомеру 6. Часть жидкости по каналу 19 направляется к гидромотору 17, проходит через него и по каналу 20 возвращается в трубопровод 12 через отверстие, расположенное выше заслонки 14. Таким образом, через гидромотор 17 проходит часть объема, а через расходомер 6 весь объем измеряемой жидкости. При движении жидкости через расходомер 6 его сопротивление этому движению зависит от многих факторов (от конструкции расходомера, вязкости жидкости, величины зазоров и т.п.) и изменяется, как правило, с изменением расхода. Это сопротивление приводит к тому, что на расходомере 6 имеет место падение давления, то есть давление жидкости на входе в расходомер больше, чем на выходе, причем этот перепад давлений изменяется при изменении режима работы расходомера, изменяя при этом и величину погрешности измерения расхода. В предлагаемом изобретении давление жидкости на входе и выходе расходомера по каналам 23 и 24 передается в полости 21 и 22, благодаря чему на мембрану 16 действует усилие пропорциональное разности давлений в полостях 21 и 22. Это усилие смещает мембрану 16 и связанную с ней тягой 15 заслонку 14. Поворот заслонки изменяет ее сопротивление движению жидкости, благодаря чему изменяется перепад давлений жидкости на гидромоторе 17 и, следовательно, крутящий момент на его оси.

Рассмотрим для определенности случай, когда сопротивление расходомера 6 движению жидкости существенно больше нуля. В этом случае давление жидкости в трубопроводе 13, то есть на выходе из расходомера, станет меньше давления на входе, и усилие на мембране будет направлено влево (фиг.3). Это вызовет перемещение мембраны 16 влево и поворот связанной с ней заслонки 14 против часовой стрелки. Сопротивление заслонки 14 движению жидкости увеличится, благодаря чему возрастет разность давления в каналах 19 и 20 и пропорциональный этой разности крутящий момент на валу 10, на котором закреплена шестерня гидромотора 17. Увеличение крутящего момента по валу 10 передастся шестерням 8 и 9 расходомера 6, уменьшая тем самым его сопротивление движению жидкости до тех пор, пока заслонка 14 не займет такое положение, при котором крутящий момент на валу гидромотора 17, поступающий к расходомеру, уравновесит сопротивление расходомера движению жидкости, так как при этом давление жидкости в каналах 23 и 24 станет одинаковым и перемещение мембраны и связанной с ней заслонки прекратится.

При этом вращение измерительных элементов (в нашем случае шестерен) расходомера будет строго соответствовать объему прошедшей через расходомер жидкости, а изменение расхода и/или вязкости жидкости не будет вызывать погрешности расходомера, благодаря чему случайная ошибка измерения может быть предельно уменьшена.

Формула изобретения

1. Способ измерения расхода жидкости путем размещения в движущейся жидкости объемного расхода с механическим измерительным элементом, связанным со счетным механизмом, отличающийся тем, что в процессе измерения расхода жидкости компенсируют сопротивление расходомера движению жидкости путем приложения к механическому измерительному элементу расходомера крутящего момента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину приложенного крутящего момента определяют по разности давлений жидкости на входе и выходе расходомера.

3. Устройство измерения расхода жидкости, содержащее объемный расходомер, механический измерительный элемент которого связан со счетным механизмом, отличающееся тем, что в него введены дифференциальный монометрический механизм и двигатель с системой управления его крутящим моментом, связанной с дифференциальным манометрическим механизмом, причем вал двигателя соединен с валом механического измерительного элемента расходомера.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что двигатель с системой управления его крутящим моментом выполнен в виде гидромотора с входным и выходным трубопроводами и заслонки, установленной в трубопроводе расходомера, при этом входной и выходной трубопроводы гидромотора соединены с трубопроводом расходомера соответственно перед и после заслонки, кинематически связанной с дифференциальным манометрическим механизмом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3