RU2247328C2 - Device for measuring flow rate - Google Patents

Abstract

FIELD: instrument industry.

SUBSTANCE: device has measuring unit and signal converter. The measuring unit is made of a cylinder provided with inlet and outlet ports. The inlet port receives the pipe for fluid supply. The outlet port receives slot pipe provided with vertical slot opening. The top end of the slot pipe is spaced from the face of the cylinder at a distance equal to its diameter.

EFFECT: expanded range of flow rates measured.

2 dwg

Description

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.The invention relates to the instrument-making industry, in particular, to devices for continuously measuring small flow rates of inviscid liquids and converting the measured flow rates into a unified pulse signal, for example pneumatic or electric, which can be sent to automatic process control systems and which can be used in industries industries using low liquid costs, for example, in the alcohol or hydrolysis industry.

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.Known devices for measuring the volumetric flow rates of liquids and converting these measured flow rates into a pulse voltage, for example, “Electromagnetic electromagnetic flowmeter IPRE-3” (see operation manual LGFI.407212.001 RE, Izhevsk). The device is a pipe section with an insulated inner surface. A power coil is located on the pipe, creating a magnetic field inside the pipe, and a feedback coil is located under it. Also, electrodes are installed on the pipe diametrically opposite in the plane of the cross section of the pipe flush with the surface of the insulating coating. According to the law of magnetic induction, when an electrically conductive medium passes through a magnetic field, an electromotive force is induced in it, as in a moving conductor, proportional to the average fluid velocity or flow rate. A pulse voltage is applied to the power coils of the primary flow transducer to create a magnetic field in the flow of the controlled medium.

Импульсный сигнал, вызванный электродвижущей силой, воспринимается электродами и подается на измерительный преобразователь, который преобразовывает измеренную величину расхода жидкости в стандартный электрический сигнал.A pulse signal caused by an electromotive force is sensed by the electrodes and fed to a measuring transducer, which converts the measured value of the fluid flow into a standard electrical signal.

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.Also known is the device "Rotameter pneumatic common industrial type RP", designed to measure the volumetric flow rate of smoothly changing homogeneous fluid flows and converting it into a unified pneumatic signal (described in the Technical Description and Operating Instructions 4ЕO.045.008.). The device consists of two main parts: rotametric and pneumatic (pneumatic head). The body of the rotametric part is a straight-through pipe with rings welded at the ends. Inside the body are located a float moving rigidly under the influence of a measured flow, rigidly connected with magnets, a measuring cone, and guides. A pneumatic head is designed to provide local readings and convert the height of the float into a pneumatic signal. When the float rises, the passage clearance between the measuring surface of the cone and the edge of the float increases, while the pressure drop across the float decreases. When the pressure drop becomes equal to the weight of the float per unit cross-sectional area, equilibrium occurs. Moving the float causes a change in the position of the follower magnet and the flap of the pneumatic converter rigidly connected to it. Changing the position of the damper is converted by a pneumatic converter into a unified pneumatic signal at the converter output. A common disadvantage of the above devices is that they use the speed or hydrodynamic pressure of a moving fluid in the measuring part of the device as a parameter for determining the flow rate of liquids, which makes it impossible to measure continuous fluid flow and convert it to a unified output signal in case of measuring small fluid flow rates at which it is impossible to provide the fluid velocity or its hydrodynamic required for evaluation by the measuring part of the devices th head.

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.)As a prototype, a device for measuring hydrostatic pressure or level consisting of a vessel in which a liquid is located, a pulse tube connecting the lower part of the vessel with a pneumatic bellows pressure gauge, for example, ICP, which converts the hydrostatic pressure of a liquid in a vessel into a unified pulse signal at the converter output (Automation of technological processes of food production / edited by E.B. Karpin. - M.: Agropromizdat, 1985. - 536 p.)

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.The disadvantage of this device is the impossibility of measuring small flow rates of liquids moving in a continuous stream at different speeds, i.e. The range of measured flow rates is limited.

Решаемая задача - расширение диапазона измеряемых величин расхода жидкостей, движущихся в непрерывном потоке с различными скоростями.The problem to be solved is the expansion of the range of measured values of the flow rate of liquids moving in a continuous stream at different speeds.

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:The solution to the problem is achieved in that in a device for measuring fluid flow, comprising a measuring unit and a pressure transducer into a unified signal, connected by means of a nozzle and a pulse tube, and the measuring unit is made in the form of a cylinder with an inlet and an outlet, and a pipe is installed in the inlet for supplying liquid, a slotted tube with a vertical slotted hole is introduced, which is installed in the outlet of the cylinder, while a pipe for supplying liquid and a slotted pipe are installed llelno each other, and the upper end of the slotted tube is located relative to the end surface of the cylinder in the region of its diameter, and the width of the gap is selected from the expression:

L=kQ_max/h_max,L = kQ _max / h _max ,

гдеWhere

L_max - ширина щели, мм,L _max - slot width, mm,

Q_max - максимальное значение измеряемого расхода жидкости, л/с,Q _max - the maximum value of the measured fluid flow, l / s,

h_max - максимальное значение уровня жидкости при Q_max, мм,h _max - the maximum value of the liquid level at Q _max , mm,

k - коэффициент связи, зависящий от типа жидкости, конструктивных размеров устройства и определяется экспериментально,

k is the coupling coefficient, depending on the type of liquid, the structural dimensions of the device and is determined experimentally,

Сущность изобретения иллюстрирует фиг.1, на которой схематично изображено устройство, и фиг.2, на которой изображена щелевая труба.The invention is illustrated in figure 1, which schematically shows the device, and figure 2, which shows the slotted tube.

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.The device includes a cylinder 1, an upper flange 2, a lower flange 3, a pipe for supplying liquid 4, a slotted pipe 5 with a slotted hole 6, a fitting 7, a pulse tube 8, a converter 9.

Размер ширины щели L связан с расходом жидкости Q и уровнем жидкости h в цилиндре следующим выражением:The size of the slit width L is related to the flow rate of the fluid Q and the fluid level h in the cylinder by the following expression:

L=kQ_max/h_max,L = kQ _max / h _max ,

гдеWhere

L_max - ширина щели, мм,L _max - slot width, mm,

Q_max - максимальное значение измеряемого расхода жидкости, л/с,Q _max - the maximum value of the measured fluid flow, l / s,

h_max - максимальное значение уровня жидкости при Q_max, мм,h _max - the maximum value of the liquid level at Q _max , mm,

k - коэффициент связи, зависящий от типа жидкости, конструктивных размеров устройства и определяется экспериментально,

k is the coupling coefficient, depending on the type of liquid, the structural dimensions of the device and is determined experimentally,

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.The device operates as follows: the fluid flow through the pipe 4, welded to the upper flange 2, enters the vertical cylinder 1, closed from the ends by flanges 2 and 3. Inside the cylinder 1 is a pipe 5, welded to the lower flange 3. The height of the pipe 5 inside the cylinder is selected so that between the upper end of the pipe 5 and the upper flange 2 there is a gap equal to the diameter of the pipe 5. On the part of the pipe 5 located inside the cylinder 1, there is a slot 6 in the pipe forming, through which the pipe 5 flows out from the cylinder into the pipe 5 and through it vyv The liquid inside the cylinder 1 is removed from the device. With increasing liquid level inside the cylinder, the height of the liquid level increases, as well as the area of the slit hole 6 through which the fluid flows from the cylinder. The liquid level inside the cylinder will be the higher, the greater the amount of liquid per unit time entering the cylinder through the pipe 4, as well as the smaller the width of the slit hole 6. A fitting 7 is welded to the lower flange 3, which is connected by a pulse tube 8 to the converter 9. As the transducer 9 can be used with any common industrial pressure meter, for example, “Pressure bellows pneumatic NSP”. The transducer 9 measures the hydrostatic pressure generated by the liquid inside the cylinder 1, and converts this measured value into a control pulse proportional to the hydrostatic pressure, for example, pneumatic or electric. By increasing or decreasing the width of the slit 6, it is possible to respectively increase or decrease the limit of measuring the flow rate of the device.

В экспериментальных образцах для жидкости типа спирта этилового с Q_max=0,025 л/с, высота щели h_max=300 мм, значение (ширина щели) L=0,7 мм.In experimental samples for a liquid such as ethyl alcohol with Q _max = 0.025 l / s, the gap height h _max = 300 mm, the value (gap width) L = 0.7 mm.

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”.Comparative analysis with the main device shows that the inventive device is characterized in that the additional features allow for the first time in a continuous stream to measure any flow rates of liquids, including small ones, i.e. the invention meets the criterion of “novelty”.

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.Comparison of the claimed object not only with the main device, but also with other technical solutions in this technical field made it possible to identify signs distinguishing the claimed solution from the rest, which allows us to conclude that the criterion is “significant differences”, because it is they (as indicated above) that provide a positive effect, which consists in expanding the range of measurement of fluid flow and, in particular, allows you to measure small values of fluid flow, which improves the quality of automatic control of technological processes.

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.The use of the proposed device at only one Veselolopansky distillery for direct measurement of fractions of head impurities by this device, which ensured an increase in the quality of alcohol by improving the quality of automatic control of the selection of fractions of head impurities of rectification products, which ultimately made it possible to improve the quality of alcohol.

Claims (1)

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.A device for measuring the flow of liquids containing a measuring unit and a pressure transducer into a unified signal connected by means of a nozzle and a pulse tube, and the measuring unit is made in the form of a cylinder with inlet and outlet openings, while a pipe for supplying liquid is installed in the inlet, and in the outlet a slit pipe with a vertical slit hole is installed in the hole, wherein the liquid supply pipe and the slit pipe are parallel to each other, characterized in that the upper end of the slots th pipe is located relative to the end surface of the cylinder at a distance of its diameter.

Images