Способ определения скорости потока жидкости

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения скорости однофазного потока жидкости при ламинарных и турбулентных режимах течения. Сущность изобретения заключается в том, что отделение полезного сигнала, сформированного спаем измерительной термопары, от сигнала, генерируемого источником переменного тока, достигается путем подачи на вход измерительного усилителя противофазного сигнала, сформированного дополнительной измерительной цепью, включающей компенсационную термопару, источник переменного тока, идентичные измерительной термопаре и источнику переменного тока основной измерительной цепи, а скорость потока жидкости определяют на основе зависимости W=f(T_изм-T_кмп), причем мощности, подводимые к спаям измерительной и компенсационной термопар, различны, где W - скорость потока; Т_изм, Т_кмп - температуры спаев измерительной и компенсационной термопар соответственно. Техническим результатом является повышение точности определения скорости потока жидкости. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения скорости однофазного потока жидкости при ламинарных и турбулентных режимах течения.

Известен способ определения скорости потока жидкости, заключающийся в том, что нагревают спай термопары от отдельного нагревателя, измеряют температуру спая термопары, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(T), где W - скорость потока, Т - температура спая термопары (Б. И. Леончик, В.П. Маякин. Измерение в дисперсных потоках. М.: Энергоатомиздат, 1981, с.2).

Недостатки способа заключаются в следующем: измерение температуры указанным способом имеет большую инерционность, в том числе и за счет наличия электроизоляционного слоя между спаем термопары и отдельным нагревателем. Конструкция датчика сложна из-за наличия элементов электроизоляции, отдельного нагревателя. Рабочие температуры датчика ограничены свойствами электроизоляции и не превышают 200-250^oС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ определения скорости однофазного потока жидкости, заключающийся в том, что подводят от источника переменного тока к спаю измерительной термопары фиксированную мощность, нагревают спай измерительной термопары, отделяют полезный сигнал, сформированный спаем измерительной термопары, от сигнала, генерируемого источником переменного тока, измеряют температуру спая измерительной термопары, определяют скорость потока жидкости на основе предварительно полученной зависимости W=f(T), где W - скорость потока, Т - температура спая термопары (Б.И. Леончик, В.П. Маякин. Измерение в дисперсных потоках. М.: Энергоатомиздат, 1981, с.92).

В известном способе отделение полезного сигнала, сформированного спаем измерительной термопары, от сигнала генерируемого источником переменного тока достигается с помощью фильтра нижних частот, состоящего из конденсатора и дросселя. Основной недостаток способа заключаются в том, что с помощью фильтра нижних частот не удается полностью отстроиться от помех, проходящих от источника переменного тока. Вследствие прохождения помех и невозможности их количественной оценки измерение температуры и, соответственно, скорости проводится с большой погрешностью.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности определения скорости потока жидкости, что обеспечивается тем, что отделение полезного сигнала, сформированного спаем измерительной термопары, от сигнала, генерируемого источником переменного тока, достигается путем подачи на вход измерительного усилителя противофазного сигнала, сформированного дополнительной измерительной цепью, включающей компенсационную термопару, источник переменного тока идентичных измерительной термопаре и источнику переменного тока основной измерительной цепи, а скорость потока жидкости определяют на основе зависимости W= f(Т_изм-Т_кмп), причем мощности, подводимые к спаям измерительной и компенсационной термопар различны где W - скорость потока Т_изм, Т_кмп - температуры спаев измерительной и компенсационной термопар соответственно Достижение технического результата, заключающегося в повышении точности определения скорости однофазной жидкости, обеспечивается тем, что система для измерения скорости потока жидкости снабжается дополнительной компенсационной измерительной цепью, включающей компенсационную термопару и источник переменного тока, идентичных термопаре и источнику переменного тока измерительной цепи, включенных в противофазе основной измерительной цепи. Последнее дает возможность сформировать сигнал, идентичный сигналу, формируемому основной измерительной цепью. Сигнал, сформированный компенсационной цепью, подается в противофазе на вход измерительного усилителя. Подача сигнала, сформированного компенсационной цепью, в противофазе основному на вход измерительного усилителя позволяет удалить сигнал, идущий от источника переменного тока, отследить форму и величину помех, возникающих в измерительной цепи и, соответственно, подавить помехи, идущие на вход измерительной цепи. Достижение технического результата обеспечивается также тем, что мощности, подводимые к спаям измерительной и компенсационной термопар, различны. Мощности, подводимые к измерительной и компенсационной термопарам, подбираются таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить приемлемую разность температур между показаниями измерительной и компенсационной термопар ((ΔТ= (Т_изм-Т_кмп) - разность температур спаев измерительной и компенсационной термопар), а с другой мощности выбирают такими, чтобы при этих мощностях помехи, генерируемые в измерительной и компенсационной цепях, были идентичны. Последнее дает возможность полностью удалить помехи, идущие от источника переменного тока и наводимые на термопарах за счет внешних источников.

На фиг. 1 показана схема для осуществления способа.

На фиг. 2 показана градуировочная зависимость W=f((ΔТ), на основе которой определяется скорость потока предлагаемым способом. Схема для осуществления способа, фиг. 1, включает в себя следующие элементы: 1 источник питания переменного тока, включающий силовой трансформатор-стабилизатор и две обмотки 2 и 3, питающих измерительную термопару 4 и компенсационную термопару 5 соответственно. Термопары 4 и 5 идентичны. Измерительный операционный усилитель 6 служит для усиления разности сигналов, подаваемых от измерительной и компенсационной термопар 7, 8 - сопротивления для настройки цепей, 9 аналого-цифровой преобразователь АЦП, 10 персональный компьютер.

Способ определения скорости потока жидкости осуществляется следующим образом.

Помещают спай измерительной термопары 4 в канал, где производят измерение скорости жидкости, помещают компенсационную термопару 5 в канал вблизи измерительной термопары либо размещают компенсационную термопару вне канала. Рассмотрим случай, когда компенсационная термопара размещена внутри канала. Далее нагревают спай измерительной термопары 4 и компенсационной термопары 5 от источника переменного тока 1 (силовой трансформатор) при этом обмотки 2 и 3 выполнены идентично и подключены в измерительную схему в противофазе. Фиксируют некоторые уровни тепловых потоков (мощностей) приложенных к чувствительным элементам измерительной и компенсационных термопар. Подведенные мощности (не равны друг другу) выбирают из предварительных опытов эти мощности соответствуют таким, при которых при соответствующих режимных параметрах удается выделить полезный сигал с измерительной термопары, а разность температур между измерительной и компенсационной термопарами позволяет зафиксировать сигнал. Далее измеряют температуры спаев измерительной и компенсационной термопар и определяют их разность. Определяют скорость потока на основе предварительно полученной зависимости W=f(ΔT), где ΔТ=Т_изм-Т_кмп разность температур измерительной Т_изм и компенсационной Т_кмп термопар. При этом мощности, подводимые к измерительной и компенсационной термопарам при проведении измерений скорости и в градуировочных опытах, идентичны.

В качестве примера рассмотрим измерение скорости потока в центре трубы диаметром 10 мм. Режимные параметры: давление 16,0 МПа, температура воды 200^oС, расход воды варьируется. Измерительная термопара установлена в центре трубы, компенсационная на некотором расстоянии от нее по оси в центре трубы. Термопары выполнены из термопарного кабеля ХК с диаметром оболочки 1 мм с оттянутым концом диаметром 0,3 мм и длиной 10 мм. Мощности, подводимые к измерительной термопаре N_изм и компенсационной N_кмп, равнялись 0,12 и 0,055 Вт соответственно. Разность температур между измерительной и компенсационной термопарами варьировалась в пределах 5-15^oС.

При проведении измерений удалось отстроиться от помех, генерируемых источником переменного тока и внешними источниками, и получить устойчивый сигнал.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить по сравнению с известным способом отделение полезного сигнала, сформированного спаем измерительной термопары, от сигнала, генерируемого источником переменного тока, и, следовательно, повысить точность измерения скорости потока жидкости.

Формула изобретения

Способ определения скорости потока жидкости, заключающийся в том, что подводят от источника переменного тока к спаю измерительной термопары фиксированную мощность, нагревают спай измерительной термопары, отделяют полезный сигнал, сформированный спаем измерительной термопары, от сигнала, генерируемого источником переменного тока, измеряют температуру спая измерительной термопары, отличающийся тем, что отделение полезного сигнала, сформированного спаем измерительной термопары, от сигнала, генерируемого источником переменного тока, достигается путем подачи на вход измерительного усилителя противофазного сигнала, сформированного дополнительной измерительной цепью, включающей компенсационную термопару, источник переменного тока, идентичные измерительной термопаре и источнику переменного тока основной измерительной цепи, а скорость потока жидкости определяют на основе зависимости W= f(T_изм-T_кмп), причем мощности, подводимые к спаям измерительной и компенсационной термопар, различны, где W - скорость потока; T_изм, T_кмп - температуры спаев измерительной и компенсационной термопар соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2