Способ измерения расхода и сплошности жидкости

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода и плотности потока жидкости в трубопроводах при испытании различного типа двигателей. Способ основан на введении в основной поток жидкости, протекающей по металлическому трубопроводу, двух дополнительных потоков текучей среды через изолированные металлические трубки , имеющие отверстия, позволяющие измерить разность между полным давлением и статическим давлением, действующим в потоке. Сплошность определяют по величине электрической емкости, состоящей из трубопровода и трубок в качестве электродов, а потока жидкости в качестве диэлектрика. Способ позволяет идентифицировать и саму среду по величине ее диэлектрической проницаемости. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода и плотности потока жидкости в трубопроводах при испытании различного типа двигателей.

Известен способ измерения расхода жидкой среды (авторское свидетельство СССР N 892214, G 01 F 1/00 опубликованное 23.12.81, БИ N 47 - аналог) путем создания дополнительного потока в этой среде, пересекающий основной поток с последующим измерением перепада давления.

Однако недостатком этого способа является низкая надежность в случае наличия в контролируемом потоке механических взвесей и других включений, образующихся, в частности, при кавитации потока, а также относительно узкий предел измерения, ограниченный условием полного перемещения измеряемого потока дополнительным при его сносе основным потоком. Кроме того, для контроля кавитации требуется применять дополнительные измерительные системы (Л.Н. Лапшенков и др. Исследование спиральной линии, применяемой для измерения содержания газа в жидкости. Известие ВУЗов. Радиоэлектроника. 1983, т. 26, N 8, с. 83-85; Л.Н. Лапшенков и др. Исследование устройства измерения газосодержания в газожидкой смеси: Приборостроение. Известия ВУЗов, 1986, N 6, с. 50-54).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения расхода жидкости путем определения ее динамического набора с помощью трубки Пито - Прандля (Л.И. Седов. Механика сплошной среды, т. 2, М., "Наука", 1973, с. 30), а также с помощью осредняющих наборных трубок (П.П.Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества. Л, "Машиностроение", 1989, с. 129).

Недостатком прототипа является низкая надежность при измерении расхода сред типа "сырой нефти", содержащей механические взвеси типа песка, парафина и т.п. вследствие засорения трубок в местах оттора давления.

При формировании структуры парожидкостного, газожидкостного потока (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества. Л. "Машиностроение", с. 624, рис. 369, 370) трубки Пито-Прандля, а также осредняющие трубки не идентифицируют структура потока, что требует применения дополнительных измерительных средств и методов (А.С. СССР N 525010 - "Устройство для измерения плотности потока жидкости").

Цель изобретения - упрощение идентификации структуры потока и повышение надежности измерения расхода.

Поставленная цель достигается тем, что в металлический трубопровод с контролируемой средой касательно и перпендикулярно вектору скорости контролируемой среды вводят дополнительные потоки через металлические трубки с отверстием, которые изолируют от металлического трубопровода и контролируемой среды вспомогательным материалом (типа каучука или резины) с подвижной и неподвижной границами таким образом, что о расходе контролируемой среды судят по разности давлений в двух дополнительных потоках, а о сплошности контролируемой среды по величине электрической емкости, образованной металлическим трубопроводом, контролируемой средой, вспомогательным изолирующим материалом и металлическими трубками с дополнительными потоками.

Таким образом, дополнительные потоки в металлических трубках оказываются изолированными от контролируемого потока и одновременно обеспечивается их силовое взаимодействие с контролируемым потоком. Обеспечение силового взаимодействия дополнительных потоков с контролируемым потоком и их изоляция от последнего легко осуществляется при помощи пропускания через металлические трубки с надетыми на них герметичными трубками с вялыми или эластичными стенками дополнительной вспомогательной среды - газа, пара, жидкости. При этом трубка, расположенная касательно вектору скорости контролируемой среды подвергается со стороны этой среды только статическому давлению Pс, вторая же, расположенная перпендикулярно вектору скорости контролируемой среды - сумме статического и динамического давления Pс + Pд, причем последнее вызвано динамическим набором контролируемой среды, т.е. функционально связано с расходом.

Если металлические трубки с дополнительными потоками находятся в жидкости, то величина электрической емкости названного емкостного датчика определяется величиной диэлектрической проницаемости контролируемой жидкостной среды. Если же металлические трубки с дополнительными потоками окажутся в "газовом пузыре", то изменение величины электрической емкости (вследствие изменения диэлектрической проницаемости) образованного емкостного датчика сигнализирует о нарушении сплошности контролируемой жидкостной среды.

Сверхэффект предлагаемого способа заключается в том, что он позволяет идентифицировать также и саму среду (вода, масло), расход которой измеряется по величине ее диэлектрической проницаемости.

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа.

В металлическом трубопроводе 1 перпендикулярно и касательно вектору скорости контролируемой среды размещены металлические трубки 2 с отверстиями. На трубки 2 надеты трубки 3, выполненные из каучука. Через схему измерения величины электрической емкости 4 металлические трубки соединены с металлическим трубопроводом, а к источнику повышенного давления 5 трубки подсоединены через регулируемые пневмосопротивления (пневморезисторы) 6, 7. Выходной прибор 8 - дифференциальный монометр - подключен к диагонали пневмомоста, после пневморезисторов. Газом 9 создаются дополнительные потоки, ортогональные и касательные к контролируемой среде 10.

Устройство работает следующим образом. Источник повышенного давления 5 при помощи пневмосопротивлений 6, 7 формирует дополнительные 9 касательный и ортогональный вектору скорости жидкости 10 потоки, выходящие в область пониженного давления, например в атмосферу. Статическое и полное давление контролируемой жидкости 10 определяет различное проходное сечение для газа в металлических трубках 2 в силу различного прогиба материала трубок 3. Степень этого различия, воспринимаемая дифференциальным манометром 8, представляет расход жидкости 10 в трубопроводе 1.

Если трубка 2 в трубопроводе 1 окружена жидкостью 10, то емкостная измерительная схема 4 показывает - "жидкость".

Если же трубка 2 в трубопроводе 1 окружена "газовым пузырем", то емкостная измерительная схема 4 показывает - "газ".

Предлагаемый способ идентификации структуры потока ("газ" - "жидкость") и измерения его расхода может быть использован в нефтехимической, авиационной промышленности, при транспорте газоповышенных жидкостей по трубопроводу, в пищевой промышленности, например при измерении расхода молока и контроле его жирности, а также в ряде других случаев.

Формула изобретения

Способ измерения расхода и сплошности потока жидкости в трубопроводе по величине динамического напора потока и по величине диэлектрической проницаемости потока, отличающийся тем, что, с целью одновременного измерения указанных величин касательно и ортогонально вектору скорости потока жидкости, в основном трубопроводе в контролируемый поток жидкости через две дополнительные металлические трубки с отверстиями вводится дополнительный поток, взаимодействующий с основным контролируемым потоком через герметичную деформируемую границу, размещенную на двух дополнительных металлических трубках с отверстиями и электрически изолирующую эти трубки от основного потока жидкости в основном трубопроводе, образующим с дополнительными металлическими трубками и контролируемым основным потоком жидкости в основном трубопроводе емкость электрического конденсатора, по величине которой судят о сплошности основного потока жидкости, а по динамическому напору основного потока жидкости, представленному разностью его полного и статического давления на гидравлических сопротивлениях дополнительных трубок дополнительному потоку, судят о величине расхода основного потока жидкости в основном трубопроводе.

РИСУНКИ

Рисунок 1