Устройство для измерения расхода жидкостей
Изобретение относится к приборостроительной промышленности, в частности к устройствам для непрерывного контроля малых величин расходов невязких жидкостей. Заявлено устройство для измерения расхода жидкостей. Устройство содержит измерительный блок и преобразователь в унифицированный сигнал. Измерительный блок выполнен в виде цилиндра с входным и выходным отверстиями. Во входном отверстии установлена труба для подвода жидкости. В выходном отверстии установлена щелевая труба с вертикальным щелевым отверстием. Верхний конец щелевой трубы расположен относительно торцевой поверхности цилиндра на расстоянии ее диаметра. Технический результат: расширение диапазона измеряемых величин расхода жидкостей. 2 ил.
Изобретение относится к приборостроительной промышленности, в частности к устройствам для непрерывного измерения малых величин расхода невязких жидкостей и преобразования измеренных величин расхода в унифицированный импульсный сигнал, например пневматический или электрический, который может быть направлен в системы автоматического регулирования технологическими процессами и который может найти применение в отраслях промышленности, использующих малые расходы жидкостей, например, в спиртовой или гидролизной промышленности.
Известны устройства для измерения объемных расходов жидкостей и преобразованию этих измеренных расходов в импульсное напряжение, например “Преобразователь расхода измерительный электромагнитный ИПРЭ-3” (см. руководство по эксплуатации ЛГФИ.407212.001 РЭ, г. Ижевск). Устройство представляет собой участок трубы с изолированной внутренней поверхностью. На трубе расположены силовая катушка, создающая внутри трубы магнитное поле, под ней расположена катушка обратной связи. Также на трубе установлены электроды диаметрально противоположно в плоскости поперечного сечения трубы заподлицо с поверхностью изоляционного покрытия. По закону магнитной индукции при прохождении электропроводной среды через магнитное поле в ней, как в движущемся проводнике, индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная средней скорости жидкости или расходу. На силовые катушки первичного преобразователя расхода подается импульсное напряжение для создания магнитного поля в потоке контролируемой среды.
Импульсный сигнал, вызванный электродвижущей силой, воспринимается электродами и подается на измерительный преобразователь, который преобразовывает измеренную величину расхода жидкости в стандартный электрический сигнал.
Также известно устройство “Ротаметр пневматический общепромышленный типа РП”, предназначенное для измерения объемного расхода плавно меняющихся однородных потоков жидкостей и преобразования его в унифицированный пневматический сигнал (Описано в Техническом описании и инструкции по эксплуатации 4ЕO.045.008.). Устройство состоит из двух основных частей: ротаметрической и пневматической (пневмоголовка). Корпус ротаметрической части представляет собой прямоточную трубу с приваренными на концах кольцами. Внутри корпуса расположены перемещающийся под воздействием измеряемого потока поплавок, жестко связанный с магнитами, конус мерительный, направляющие. Пневмоголовка предназначена для обеспечения местных показаний и преобразования высоты подъема поплавка в пневматический сигнал. При подъеме поплавка проходной зазор между мерительной поверхностью конуса и кромкой поплавка увеличивается, при этом уменьшается перепад давления на поплавке. Когда перепад давления становится равным весу поплавка, приходящемуся на единицу площади его поперечного сечения, наступает равновесие. Перемещение поплавка вызывает изменение положения следящего магнита и жестко связанной с ним заслонки пневматического преобразователя. Изменение положения заслонки преобразовывается пневматическим преобразователем в унифицированный пневматический сигнал на выходе преобразователя. Общим недостатком вышепредставленных устройств является то, что они в качестве параметра для определения величины расхода жидкостей используют скорость или гидродинамический напор движущейся жидкости в измерительной части устройства, что делает невозможным измерение непрерывного расхода жидкости и его преобразование в унифицированный выходной сигнал в случае измерения малых величин расхода жидкостей, при которых невозможно обеспечить необходимую для оценки измерительной частью устройств скорость жидкости или ее гидродинамический напор.
В качестве прототипа выбрано устройство для измерения гидростатического напора или уровня, состоящее из сосуда, в котором находится жидкость, импульсной трубки, соединяющей нижнюю часть сосуда с манометром сильфонным пневматическим, например МСП, преобразующим величину гидростатического давления жидкости в сосуде в импульсный унифицированный сигнал на выходе преобразователя (Автоматизация технологических процессов пищевых производств /под ред. Е.Б.Карпина. - М.: Агропромиздат, 1985. - 536 с.)
Недостатком данного устройства является невозможность измерения малых величин расхода жидкостей, движущихся в непрерывном потоке с различными скоростями, т.е. диапазон измеряемых величин расхода жидкостей имеет ограниченные значения.
Решаемая задача - расширение диапазона измеряемых величин расхода жидкостей, движущихся в непрерывном потоке с различными скоростями.
Решение задачи достигается тем, что в устройство для измерения расхода жидкости, содержащее измерительный блок и преобразователь давления в унифицированный сигнал, связанные посредством штуцера и импульсной трубки, а измерительный блок выполнен в виде цилиндра с входным и выходным отверстием, при этом во входном отверстии установлена труба для подвода жидкости, введена щелевая труба с вертикальным щелевым отверстием, которая установлена в выходном отверстии цилиндра, при этом труба для подвода жидкости и щелевая труба установлены параллельно друг другу, а верхний торец щелевой трубы расположен относительно торцевой поверхности цилиндра на расстоянии ее диаметра, а ширина щели выбрана из выражения:
L=kQmax/hmax,
где
Lmax - ширина щели, мм,
Qmax - максимальное значение измеряемого расхода жидкости, л/с,
hmax - максимальное значение уровня жидкости при Qmax, мм,
k - коэффициент связи, зависящий от типа жидкости, конструктивных размеров устройства и определяется экспериментально, 
Сущность изобретения иллюстрирует фиг.1, на которой схематично изображено устройство, и фиг.2, на которой изображена щелевая труба.
Устройство включает цилиндр 1, верхний фланец 2, нижний фланец 3, трубу для подвода жидкости 4, щелевую трубу 5 со щелевым отверстием 6, штуцер 7, импульсную трубку 8, преобразователь 9.
Размер ширины щели L связан с расходом жидкости Q и уровнем жидкости h в цилиндре следующим выражением:
L=kQmax/hmax,
где
Lmax - ширина щели, мм,
Qmax - максимальное значение измеряемого расхода жидкости, л/с,
hmax - максимальное значение уровня жидкости при Qmax, мм,
k - коэффициент связи, зависящий от типа жидкости, конструктивных размеров устройства и определяется экспериментально, 
Устройство работает следующим образом: поток жидкости через трубу 4, приваренную к верхнему фланцу 2, поступает в вертикальный цилиндр 1, закрытый с торцов фланцами 2 и 3. Внутри цилиндра 1 находится труба 5, приваренная к нижнему фланцу 3. Высота трубы 5 внутри цилиндра подбирается таким образом, чтобы между верхним торцом трубы 5 и верхним фланцем 2 имелся зазор, равный диаметру трубы 5. На части трубы 5, расположенной внутри цилиндра 1, по образующей трубы имеется щелевое отверстие 6, через которое из цилиндра внутрь трубы 5 истекает и через нее выводится из устройства находящаяся внутри цилиндра 1 жидкость. При повышении уровня жидкости внутри цилиндра увеличивается высота уровня жидкости, а также площадь щелевого отверстия 6, через которое происходит истечение жидкости из цилиндра. Уровень жидкости внутри цилиндра будет тем выше, чем большее количество жидкости в единицу времени поступает в цилиндр по трубе 4, а также чем меньшая ширина щелевого отверстия 6. К нижнему фланцу 3 приварен штуцер 7, который соединен импульсной трубкой 8 с преобразователем 9. В качестве преобразователя 9 может использоваться любой общепромышленный измеритель давления, например “Напоромер сильфонный пневматический НСП”. Преобразователь 9 измеряет величину гидростатического давления, образованного жидкостью внутри цилиндра 1, и преобразовывает эту измеренную величину в пропорциональный величине гидростатического давления управляющий импульс, например пневматический или электрический. Увеличивая или уменьшая ширину щели 6, возможно соответственно увеличивать или уменьшать предел измерения расхода жидкости устройством.
В экспериментальных образцах для жидкости типа спирта этилового с Qmax=0,025 л/с, высота щели hmax=300 мм, значение (ширина щели) L=0,7 мм.
Сопоставительный анализ с основным устройством показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что дополнительные признаки позволяют впервые в непрерывном потоке измерять любые величины расхода жидкостей, в том числе и малые, т.е. изобретение соответствует критерию “новизна”.
Сравнение заявляемого объекта не только с основным устройством, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающее заявляемое решение от остальных, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию “существенные отличия”, т.к. именно они (как указано выше) обеспечивают положительный эффект, заключающийся в расширении диапазона измерения расхода жидкости и, в частности, позволяет измерять малые значения расхода жидкости, что обеспечивает повышение качества автоматического регулирования технологических процессов.
Применение предложенного устройства только на одном Веселолопанском спиртовом заводе для прямого измерения фракций головных примесей этим устройством, что обеспечило повышение качества спирта за счет повышения качества автоматического регулирования процессами отбора фракций головных примесей продуктов ректификации, что в конечном счете позволило обеспечить повышение качества спирта.
Устройство для измерения расхода жидкостей, содержащее измерительный блок и преобразователь давления в унифицированный сигнал, связанные посредством штуцера и импульсной трубки, а измерительный блок выполнен в виде цилиндра с входным и выходным отверстиями, при этом во входном отверстии установлена труба для подвода жидкости, а в выходном отверстии установлена щелевая труба с вертикальным щелевым отверстием, причем труба для подвода жидкости и щелевая труба установлены параллельно друг другу, отличающееся тем, что верхний конец щелевой трубы расположен относительно торцевой поверхности цилиндра на расстоянии ее диаметра.
