RU2807007C1 - Method for measuring volume, mass, volume and mass flow of liquid and gas and piston flow meter for its implementation - Google Patents
Method for measuring volume, mass, volume and mass flow of liquid and gas and piston flow meter for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807007C1 RU2807007C1 RU2023108782A RU2023108782A RU2807007C1 RU 2807007 C1 RU2807007 C1 RU 2807007C1 RU 2023108782 A RU2023108782 A RU 2023108782A RU 2023108782 A RU2023108782 A RU 2023108782A RU 2807007 C1 RU2807007 C1 RU 2807007C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- volume
- flow meter
- gas
- pistons
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и устройствам для измерения объема и объемного расхода жидкостей и газов [G01F 1/00, G01F 3/00].The invention relates to methods and devices for measuring volume and volumetric flow of liquids and gases [G01F 1/00, G01F 3/00].
Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ИЛИ МАССОВОГО РАСХОДА МАТЕРИАЛА, ТРАНСПОРТИРУЕМОГО ПОРШНЕВЫМ НАСОСОМ ДЛЯ ЖИДКОСТИ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ [US6237423 (B1), опубликовано: 29.05.2001], содержащее: по меньшей мере, один транспортировочный цилиндр с загрузочной и приводной сторонами, по меньшей мере один транспортирующий поршень, скользящий в осевом направлении в указанном транспортировочном цилиндре, корпус, расположенный вокруг упомянутого по меньшей мере одного транспортировочного цилиндра, и по меньшей мере один датчик веса, прикрепленный к корпусу; при этом указанный передающий цилиндр предусмотрен в указанном корпусе, подвешенном к указанной весовой ячейке с радиальным и осевым провисанием. Способ определения скорости подачи или массового расхода материала в указанном патенте, транспортируемого по нагнетательному трубопроводу поршневым насосом высокой плотности, содержащим по меньшей мере один транспортировочный цилиндр и транспортировочный поршень, отличающийся тем, что во время такта наполнения (такта всасывания) транспортировочный цилиндр заполняется материалом, например, из контейнера для подачи материала, а во время такта нагнетания с перемещением материал опорожняется в нагнетательный трубопровод, при этом транспортирующий цилиндр взвешивают перед выполнением каждого соответствующего такта наполнения и перед выполнением каждого соответствующего такта нагнетания, что соответствующие объемы наполнения рассчитываются на основе разности значений веса, и что время цикла каждого соответствующего цикла хода измеряется, и принимая во внимание измеренные объемы наполнения, рассчитывается скорость подачи или массового расхода.Known from the prior art is a DEVICE FOR DETERMINING THE FLOW OR MASS FLOW OF MATERIAL TRANSPORTED BY A PISTON PUMP FOR HIGH DENSITY LIQUID [US6237423 (B1), published: 05.29.2001], containing: at least one transport cylinder with loading and driving sides, according to less at least one transport piston sliding axially in said transport cylinder, a housing disposed around said at least one transport cylinder, and at least one load cell attached to the housing; wherein said transmitting cylinder is provided in said housing suspended from said weight cell with radial and axial slack. A method for determining the feed rate or mass flow rate of a material in the specified patent transported through a discharge pipeline by a high-density piston pump containing at least one transport cylinder and a transport piston, characterized in that during the filling stroke (suction stroke) the transport cylinder is filled with material, for example , from the material supply container, and during the conveying pumping stroke, the material is emptied into the discharge pipeline, the conveying cylinder being weighed before performing each corresponding filling stroke and before performing each corresponding pumping stroke, such that the corresponding filling volumes are calculated based on the difference in weight values, and that the cycle time of each respective stroke cycle is measured and, taking into account the measured filling volumes, the feed rate or mass flow rate is calculated.
Недостатком аналога является невозможность измерения расхода и определения объема (массы) жидкости, поступающей непрерывным потоком. Кроме того, измерение массы жидкости осуществляется путем определения ее веса, что затруднительно для малого объема жидкости, обладающего малым весом и что ведет к снижению точности измерений.The disadvantage of the analogue is the impossibility of measuring flow rate and determining the volume (mass) of liquid flowing in a continuous stream. In addition, the measurement of the mass of a liquid is carried out by determining its weight, which is difficult for a small volume of liquid that has a low weight and which leads to a decrease in the accuracy of measurements.
Также известен ПОРШНЕВОЙ РАСХОДОМЕР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ [US5408886 (A), опубликовано: 25.04.1995] содержащий: полую расходомерную трубку, имеющую верхний конец и нижний конец, поршень, расположенный в указанной расходомерной трубке для перемещения между нижним положением, прилегающим к указанному нижнему концу, и приподнятым положением относительно указанного верхнего конца, стопорные средства, расположенные на указанном верхнем конце и указанном нижнем конце указанной расходомерной трубки соответственно, средство для соединения указанной расходомерной трубки с внешним насосом для направления текучей среды через указанный расходомер с расходом, измеряемым указанным расходомером, клапанный узел, встроенный в указанный поршень для движения вместе с ним, при этом указанный клапанный узел имеет открытое и закрытое положение клапана, причем указанный клапанный узел содержит: корпус клапана, по меньшей мере, один канал клапана для обеспечения доступа жидкости через указанный поршень в открытом положении клапана, головку клапана, подвижный шток клапана, скользящий внутри указанного корпуса клапана и соединенный с указанной головкой клапана, и фиксирующее средство для удерживания указанного клапана в одном из указанных положений клапана до тех пор, пока указанный шток клапана не коснется указанного стопорного средства, указанное фиксирующее средство имеет элемент с постоянным магнитом, и стальной элемент, один элемент которого соединен с указанным штоком клапана, а другой элемент соединен с указанным корпусом клапана таким образом, что при достижении указанного верхнего конца указанный постоянный магнит принудительно освобождается от указанного стального элемента, позволяя указанному поршню изменить направление и опуститься под действием силы тяжести к указанному нижний конец, и по достижении указанного нижнего конца указанный поршень изменяет направление и поднимается обратно к указанному верхнему концу, при этом указанный постоянный магнит снова входит в зацепление с указанным стальным элементом; и (f) средства фотоэлектрического датчика, расположенные в различных положениях вдоль указанной расходомерной трубки,Also known is a PISTON FLOW METER FOR MEASURING LIQUID FLOW [US5408886 (A), published: 04/25/1995] comprising: a hollow flow tube having an upper end and a lower end, a piston located in said flow tube to move between a lower position adjacent to said lower end, and in an elevated position relative to said upper end, locking means located at said upper end and said lower end of said flow tube, respectively, means for connecting said flow tube to an external pump for directing fluid through said flow meter at a flow rate measured by said flow meter, a valve assembly incorporated into said piston for movement therewith, wherein said valve assembly has an open and closed valve position, wherein said valve assembly comprises: a valve body, at least one valve port for allowing fluid to pass through said piston in an open position a valve position, a valve head, a movable valve stem sliding within said valve body and connected to said valve head, and locking means for holding said valve in one of said valve positions until said valve stem contacts said locking means, said the locking means has a permanent magnet element, and a steel element, one element of which is connected to said valve stem and the other element is connected to said valve body such that, upon reaching said upper end, said permanent magnet is forcibly released from said steel element, allowing said the piston to change direction and descend by gravity to said lower end, and upon reaching said lower end, said piston changes direction and rises back to said upper end, wherein said permanent magnet again engages with said steel member; and (f) photoelectric sensor means located at various positions along said flow tube,
Недостатком аналога является невозможность измерения расхода и определения объема (массы) вещества, поступающего непрерывным потоком. Также конструкция расходомера предполагает под собой полное заполнение рабочего объема цилиндра жидкостью для определения ее объема.The disadvantage of the analogue is the impossibility of measuring flow rate and determining the volume (mass) of a substance entering a continuous stream. Also, the design of the flow meter assumes that the working volume of the cylinder is completely filled with liquid to determine its volume.
Наиболее близким по технической сущности является РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТИ [RU2029917 (C1), опубликовано: 27.02.1995], содержащий один канал ввода и четыре канала слива рабочей жидкости, два цилиндра с разделительными поршнями и золотниковые узлы, каждый из которых состоит из неподвижного корпуса и подвижного распределительного клапана, каналы ввода и слива жидкости через распределительные клапаны золотниковых узлов связаны гидравлическими линиями с каждой из внутренних полостей цилиндра, образованных разделительными поршнями, причем разделительные поршни выполнены с хвостовиками, имеющими упоры и расположены внутри цилиндров, на которых размещены золотниковые узлы, подвижные распределительные клапаны которых имеют поворотные валы с закрепленным на каждом из них кривошипом с возможностью взаимодействия с упорами хвостовиков, отличающийся тем, что по крайней мере один из цилиндров выполнен двухступенчатым, а поршень, размещенный в нем, выполнен с двумя уплотнительными поверхностями разного диаметра.The closest in technical essence is the LIQUID FLOW METER [RU2029917 (C1), published: 02/27/1995], containing one input channel and four drain channels of the working fluid, two cylinders with separating pistons and spool units, each of which consists of a fixed body and a movable distribution valve, the channels for introducing and draining liquid through the distribution valves of the spool units are connected by hydraulic lines to each of the internal cavities of the cylinder formed by separating pistons, and the separating pistons are made with shanks having stops and are located inside the cylinders on which the spool assemblies and movable distribution valves are located which have rotary shafts with a crank attached to each of them with the ability to interact with the stops of the shanks, characterized in that at least one of the cylinders is made two-stage, and the piston placed in it is made with two sealing surfaces of different diameters.
Основной технической проблемой прототипа является низкая надежность расходомера, обусловленная наличием таких механических трущихся частей, как золотниковые узлы, кривошипы и хвостовики, износ которых является обязательным наступлением и приводит к появлению высокой инструментальной погрешности. Кроме того, расходомер обладает значительными массогабаритными показателями, а заполнение рабочего объема цилиндра является обязательным. Также, расходомер настроен под строго определенное дозируемое количество вещества и не позволяет проводить измерения количества этого вещества.The main technical problem of the prototype is the low reliability of the flow meter, due to the presence of such mechanical rubbing parts as spool assemblies, cranks and shanks, wear of which is obligatory and leads to a high instrumental error. In addition, the flow meter has significant weight and size indicators, and filling the working volume of the cylinder is mandatory. Also, the flow meter is configured for a strictly defined dosed amount of a substance and does not allow measuring the amount of this substance.
Задача изобретения состоит в устранении недостатков аналогов и прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of analogues and the prototype.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности создания способа и поршневого устройства для измерения объема, массы, объемного и массового расхода жидкости или газа, подаваемых в непрерывном потоке, и измерения их с высокой точностью.The technical result of the invention is to provide the possibility of creating a method and a piston device for measuring volume, mass, volumetric and mass flow of liquid or gas supplied in a continuous flow, and measuring them with high accuracy.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ измерения объема, массы, объемного и массового расхода жидкости и газа, пропускаемых через поршневой расходомер-счетчик, отличающееся тем, что объемный и пропорциональный ему массовый расход рассчитывают путем преобразования величины прямолинейного перемещения поршня, выражаемой в расстоянии между его начальным и конечным положениями при подаче в его рабочий объем жидкости и газа, в угловую величину поворота вала датчика угла поворота, с последующим преобразованием упомянутой угловой величины в электрические сигналы, пропорциональные объему жидкости и газа.The specified technical result is achieved due to the fact that the method of measuring the volume, mass, volumetric and mass flow of liquid and gas passed through a piston flow meter-counter, characterized in that the volumetric and mass flow proportional to it is calculated by converting the value of the linear movement of the piston, expressed in the distance between its initial and final positions when liquid and gas are supplied to its working volume, into the angular value of rotation of the shaft of the rotation angle sensor, with subsequent conversion of the said angular value into electrical signals proportional to the volume of liquid and gas.
В частности, порогом чувствительности расходомера-счетчика является минимальное значение объема жидкости и газа, которое вызывает смещение поршня и формирование одного электрического сигнала датчиком угла поворота.In particular, the sensitivity threshold of a flowmeter-meter is the minimum value of the volume of liquid and gas, which causes the piston to shift and the formation of one electrical signal by the rotation angle sensor.
Поршневой расходомер-счетчик объема, массы, объемного и массового расхода жидкости или газа, содержащий пару цилиндров и смонтированных в них с возможностью прямолинейного перемещения поршней, магистрали впуска в цилиндры и выпуска из них жидкости и газа, снабженные клапанами, отличающийся тем, что цилиндры размещены оппозитно с возможностью прямолинейного перемещения в них поршней, штоки которых соединены между собой, при этом цилиндры выполнены равным диаметром с возможностью образования в них равных по величине рабочих объемов, каждый из поршней соединен гибкой передачей с валом датчика угла поворота с возможностью передачи движения поршней на вал датчика и приведение его во вращение, магистрали впуска и выпуска соединяет параллельно цилиндры и со входом и выходом расходомера-счетчика, соответственно, при этом в магистралях на входе и выходе каждого из цилиндров смонтированы перепускные клапаны, выполненные с возможностью одновременной подачи жидкости и газа в один цилиндр и выпуска из второго, поршни снабжены датчиками крайних положений.Piston flow meter-counter of volume, mass, volumetric and mass flow of liquid or gas, containing a pair of cylinders and pistons mounted in them with the possibility of rectilinear movement, inlet lines into the cylinders and outlet of liquid and gas from them, equipped with valves, characterized in that the cylinders are placed oppositely with the possibility of rectilinear movement of pistons in them, the rods of which are connected to each other, while the cylinders are made of equal diameter with the possibility of forming in them working volumes of equal size, each of the pistons is connected by a flexible transmission to the shaft of the rotation angle sensor with the possibility of transmitting the movement of the pistons to the shaft sensor and bringing it into rotation, the intake and exhaust lines connect the cylinders in parallel and with the input and output of the flow meter-meter, respectively, while bypass valves are mounted in the lines at the inlet and outlet of each cylinder, made with the possibility of simultaneous supply of liquid and gas to one cylinder and exhaust from the second, the pistons are equipped with end position sensors.
В частности, датчик угла поворота выполнен в виде энкодера. In particular, the rotation angle sensor is designed as an encoder.
В частности, гибкая передача выполнена в виде троса.In particular, the flexible transmission is made in the form of a cable.
В частности, перепускные клапаны выполнены электромагнитными. In particular, the bypass valves are made electromagnetic.
В частности, в магистралях смонтированы датчики температуры и давления для измерения параметров рабочей среды для корректировки объема и расчета плотности жидкости и газа для последующего определения массы. In particular, temperature and pressure sensors are installed in the lines to measure the parameters of the working medium to adjust the volume and calculate the density of liquid and gas for subsequent determination of mass.
В частности, на выходе у выходного патрубка смонтированы выходные клапаны, выполненные с возможностью дозирования объема или массы жидкости и газа на выходе расходомера-счетчика. In particular, output valves are mounted at the outlet of the outlet pipe, designed to dose the volume or mass of liquid and gas at the outlet of the flow meter.
В частности, датчики крайних положений поршней выполнены в виде концевых выключателей.In particular, the piston end position sensors are made in the form of limit switches.
В частности, положение датчиков крайних положений поршней может регулироваться в зависимости от требуемой величины линейного перемещения поршней, которая задается требуемой величиной объема жидкости и газа, проходящих через расходомер-счетчик за один ход поршня.In particular, the position of the piston end position sensors can be adjusted depending on the required amount of linear movement of the pistons, which is set by the required volume of liquid and gas passing through the flow meter during one piston stroke.
В частности, датчики температуры и давления, датчик угла поворота, перепускные и выходные клапаны, концевые выключатели подключены к контроллеру с возможностью управления расходомером-счетчиком.In particular, temperature and pressure sensors, a rotation angle sensor, bypass and outlet valves, limit switches are connected to a controller with the ability to control a flow meter.
Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.
На фиг.1 показано схематично поршневого расходомера-счетчика объема, массы, объемного и массового расхода жидкости или газа.Figure 1 shows a schematic diagram of a piston flowmeter-meter for volume, mass, volumetric and mass flow of liquid or gas.
На фиг.2 показана структурная схема поршневого расходомера-счетчика объема, массы, объемного и массового расхода жидкости или газа.Figure 2 shows a block diagram of a piston flowmeter-meter for volume, mass, volumetric and mass flow of liquid or gas.
На фигурах обозначено: 1 – цилиндры, 2 – поршни, 3 – штоки поршней, 4 – гибкая передача, 5 – датчик угла поворота, 6 – магистраль впуска, 7 – магистраль выпуска, 8 – датчики температуры, 9 – датчики давления, 10 – контроллер, К1-К4 – перепускные клапаны, К5-К6 – выходные клапаны, КВ1-КВ2 – концевые выключатели, V1-V2 рабочие объемы цилиндров.The figures indicate: 1 - cylinders, 2 - pistons, 3 - piston rods, 4 - flexible transmission, 5 - rotation angle sensor, 6 - intake line, 7 - exhaust line, 8 - temperature sensors, 9 - pressure sensors, 10 - controller, K1-K4 - bypass valves, K5-K6 - output valves, KV1-KV2 - limit switches, V1-V2 cylinder working volumes.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Поршневой расходомер-счетчик объема, массы, объемного и массового расхода жидкости или газа содержит два оппозитно размещенных цилиндра 1 (см.Фиг.1) равным диаметром DЦ. Внутри цилиндров 1 с возможностью возвратно-поступательного движения смонтированы поршни 2, образующие внутри цилиндров 1 равные по величине рабочие объемы V1 и V2. A piston flow meter-meter for volume, mass, volumetric and mass flow of liquid or gas contains two oppositely placed cylinders 1 (see Figure 1) of equal diameter D C . Inside the cylinders 1, with the possibility of reciprocating movement, pistons 2 are mounted, forming inside the cylinders 1 equal-sized working volumes V1 and V2.
Объем цилиндров 1 определяется как:The volume of cylinders 1 is defined as:
V=(π*DЦ 2/4)*L,V=(π*D T 2 /4)*L,
где L – ход поршня, мм.where L is the piston stroke, mm.
Штоки поршней 3 жестко соединены между собой. Поршни 3 соединены гибкой передачей 4, выполненной, например, в виде натянутого троса, с валом датчика угла поворота 5, выполненного, например, в виде энкодера. Подбор диаметра вала DЭ датчика угла поворота 5 осуществляют исходя из необходимой точности подсчета расхода рабочей среды, при этом принимают во внимание, что при малых диаметрах вала увеличивается усилие, необходимое для передачи валу для его вращения и для его уменьшения диаметр вала DЭ датчика угла поворота 5 увеличивают. Кроме того, при выборе диаметра вала DЭ датчика угла поворота 5 исходят из количества (частоты) импульсов, формируемых датчиком угла поворота 5 при вращении его вала. При высокой частоте импульсов (их большом количестве) контроллер 10 может не успевать за их приемом и обработку и в этом случае необходимо применять контроллер 10 большей производительности. Преимущественно подбирают вал датчика угла поворота 5, позволяющий при перемещении поршней 2 и передачи от них через гибкую передачу 4 усилие для вращения вала датчика угла поворота 5, формировать импульсы частотой 10-15 кГц. Число импульсов за один оборот вала датчика угла поворота 5 устанавливают в контроллере 10.The piston rods 3 are rigidly connected to each other. The pistons 3 are connected by a flexible transmission 4, made, for example, in the form of a tensioned cable, with the shaft of the rotation angle sensor 5, made, for example, in the form of an encoder. The selection of the shaft diameter D E of the rotation angle sensor 5 is carried out based on the required accuracy of calculating the flow rate of the working fluid, taking into account that with small shaft diameters the force required to transmit to the shaft for its rotation increases and to reduce it the shaft diameter D E of the angle sensor turn 5 is increased. In addition, when choosing the diameter of the shaft D E of the rotation angle sensor 5, they proceed from the number (frequency) of pulses generated by the rotation angle sensor 5 when its shaft rotates. At a high frequency of pulses (a large number of them), controller 10 may not be able to keep up with their reception and processing, and in this case it is necessary to use controller 10 with higher performance. The shaft of the rotation angle sensor 5 is preferably selected, which allows, when moving the pistons 2 and transmitting from them through the flexible transmission 4, the force for rotating the shaft of the rotation angle sensor 5, to generate pulses with a frequency of 10-15 kHz. The number of pulses per revolution of the shaft of the rotation angle sensor 5 is set in the controller 10.
Количество оборотов N, которое совершает вал датчика угла поворота 5 при перемещении поршней 3 из одного крайнего положения в другое рассчитывают по формуле:The number of revolutions N made by the shaft of the rotation angle sensor 5 when moving the pistons 3 from one extreme position to another is calculated by the formula:
N= L/π*DЭ.N= L/π*D E .
Каждый из рабочих объемов V1 и V2 цилиндров 1 с помощью трубопроводов гидравлического тракта сообщается с входным (обозначено стрелкой «Вход») и выходным (обозначено стрелкой «Выход») патрубками, при этом гидравлический тракт состоит из магистралей впуска 6 и выпуска 7. Магистраль впуска 6 соединяет входной патрубок и параллельно соединенные цилиндры 1, а магистраль выпуска соединяет параллельно соединенные цилиндры 1 и выходной патрубок. В упомянутых магистралях 6, 7 на входе/выходе из цилиндров 1 смонтированы по одному перепускному клапану К1-К4, выполненные электромагнитными. На фигуре перепускные клапаны К2 и К3 закрыты, К1 и К4 открыты. В каждой из магистралей 6, 7 смонтированы датчик температуры 8 и датчики давления 9 для измерения параметров рабочей среды для корректировки объема и расчета плотности рабочей среды для последующего определения ее массы. Если в качестве рабочей среды используют жидкость, отличную от воды, то плотность ее измеряют соответствующими средствами измерения и вводят в контроллер 10 (см.Фиг.2).Each of the working volumes V1 and V2 of cylinders 1, using hydraulic path pipelines, communicates with the inlet (indicated by the arrow “Input”) and outlet (indicated by the arrow “Output”) branch pipes, while the hydraulic path consists of inlet lines 6 and outlet 7. Intake line 6 connects the inlet pipe and parallel-connected cylinders 1, and the exhaust line connects parallel-connected cylinders 1 and the outlet pipe. In the mentioned lines 6, 7, at the inlet/outlet of cylinders 1, one bypass valve K1-K4, made of electromagnetic ones, is mounted. In the figure, bypass valves K2 and K3 are closed, K1 and K4 are open. In each of the lines 6, 7, a temperature sensor 8 and pressure sensors 9 are mounted to measure the parameters of the working medium to adjust the volume and calculate the density of the working medium for subsequent determination of its mass. If a liquid other than water is used as a working medium, then its density is measured by appropriate measuring instruments and entered into the controller 10 (see Fig. 2).
На выходе у выходного патрубка смонтированы выходные клапаны К5-К6, выполненные с возможностью дозирования объема или массы рабочей среды на выходе гидравлического тракта. У штоков поршней 3 смонтированы датчики крайних положений, выполненные в виде, например, концевых выключателей КВ1-КВ2, выполненных с возможностью попеременного переключения клапанов К1, К4 и К2, К3 по мере достижения поршнями 2 своих крайних положений. Положение упомянутых концевых выключателей КВ1-КВ2 может регулироваться в зависимости от требуемой величины линейного перемещения поршней 3, которая задается величиной рабочего объема V1 и/или V2 цилиндров 1 в зависимости от объема и массы жидкости и газа, проходящего через расходомер-счетчик за один ход поршня 3.At the outlet, at the outlet pipe, outlet valves K5-K6 are mounted, designed to dispense the volume or mass of the working medium at the outlet of the hydraulic path. The piston rods 3 are equipped with extreme position sensors, made in the form, for example, of limit switches KV1-KV2, designed to alternately switch valves K1, K4 and K2, K3 as the pistons 2 reach their extreme positions. The position of the mentioned limit switches KV1-KV2 can be adjusted depending on the required amount of linear movement of the pistons 3, which is set by the size of the working volume V1 and/or V2 of the cylinders 1, depending on the volume and mass of liquid and gas passing through the flow meter-counter in one piston stroke 3.
Датчики температуры 8 и давления 9, датчик угла поворота 5, перепускные клапаны К1-К4, выходные клапаны К5-К6, концевые выключатели КВ1-КВ2 подключены к контроллеру 10.Temperature sensors 8 and pressure 9, rotation angle sensor 5, bypass valves K1-K4, output valves K5-K6, limit switches KV1-KV2 are connected to controller 10.
Сущность изобретения заключается в преобразования величины попеременного линейного перемещения поршней 3 в цилиндрах 1, выражаемой в расстояниях между их начальным и конечным положениями, фиксируемых концевыми выключателями КВ1-КВ2 при подаче в рабочие объемы V1 и V2 жидкости и газа, в угловую величину поворота вала датчика угла поворота 5, с последующим преобразованием упомянутой угловой величины в электрические сигналы (импульсы), количество которых пропорционально объему и пропорциональной ему массе жидкости и газа, при этом порогом чувствительности расходомера-счетчика является минимальное значение объема жидкости и газа, которое вызывает смещение поршня 3 в цилиндре 1, последующий поворот вала датчика угла поворота 5 и формирование на выходе упомянутого датчика 5 одного электрического сигнала (импульса).The essence of the invention is to convert the magnitude of the alternating linear movement of the pistons 3 in the cylinders 1, expressed in the distances between their initial and final positions, fixed by limit switches KV1-KV2 when liquid and gas are supplied to the working volumes V1 and V2, into the angular value of rotation of the angle sensor shaft turning 5, with subsequent conversion of the mentioned angular value into electrical signals (pulses), the number of which is proportional to the volume and proportional mass of liquid and gas, while the sensitivity threshold of the flow meter is the minimum value of the volume of liquid and gas, which causes displacement of the piston 3 in the cylinder 1, subsequent rotation of the shaft of the rotation angle sensor 5 and the formation of one electrical signal (pulse) at the output of the mentioned sensor 5.
Работу поршневого расходомера-счетчика объема, массы, объемного и массового расхода жидкости или газа рассмотрим на примере.Let's consider the operation of a piston flow meter-meter for volume, mass, volumetric and mass flow of liquid or gas using an example.
Пусть диаметры цилиндров 1 DЦ = 122 мм, ход поршней 3 L = 113 мм. Рабочие объемы цилиндров 1 V1 = V2 = 1320 см3.Let the cylinder diameters 1 D C = 122 mm, the piston stroke 3 L = 113 mm. Working volumes of cylinders 1 V1 = V2 = 1320 cm 3 .
Пусть при перемещении поршней 3 из одной крайнего положения в другое вал датчика угла поворота 5 совершает 12 оборотов, а датчик угла поворота 5 за один оборот вала вырабатывает 65500 импульсов. За проход поршней 3 от одного крайнего положения до другого на выходе датчика угла поворота 5 вырабатывается 786000 импульсов, т.е. появление одного импульса соответствует изменению объема на 0,017 мл. Эти данные являются исходными и их вносят в контроллер 10.Let us assume that when pistons 3 move from one extreme position to the other, the shaft of the rotation angle sensor 5 makes 12 revolutions, and the rotation angle sensor 5 produces 65,500 pulses per revolution of the shaft. During the passage of the pistons 3 from one extreme position to the other, 786,000 pulses are generated at the output of the rotation angle sensor 5, i.e. the appearance of one pulse corresponds to a volume change of 0.017 ml. These data are initial and are entered into the controller 10.
Коэффициент преобразования расходомера-счетчика рассчитывают как отношение количества импульсов, вырабатываемых датчиком угла поворота 5 при перемещении поршней 3 из одного крайнего положения в другое, на рабочий объем V.The conversion coefficient of the flow meter-counter is calculated as the ratio of the number of pulses generated by the rotation angle sensor 5 when moving the pistons 3 from one extreme position to another, to the working volume V.
В нашем случае коэффициент составит 595455 импульс/литр. Величина, обратная коэффициенту будет определять изменившийся объем от перемещения поршня 3, соответствующий появлению одного импульса. In our case, the coefficient will be 595455 impulse/liter. The inverse of the coefficient will determine the changed volume from the movement of piston 3, corresponding to the appearance of one pulse.
Подсчитав за заданный промежуток времени количество импульсов можно определить объем рабочей среды на выходе расходомера-счетчика и, соответственно, расход этой рабочей среды.By counting the number of pulses over a given period of time, you can determine the volume of the working medium at the output of the flow meter-counter and, accordingly, the flow rate of this working medium.
С контроллера 10 открывают клапаны К4 и К1 и рабочая среда по магистрали впуска 6 поступает в объем V2. Под давлением рабочей среды подаваемой по магистрали впуска 6 поршень 3 правого цилиндра 1 приходит в движение и толкает своим штоком поршень 3 левого цилиндра 1, который в свою очередь с помощью гибкой передачи 4 приводит во вращение вал датчика угла поворота 5, при этом участок гибкой передач 4 от поршня 3 правого цилиндра 1 за счет вращения вала датчика угла поворота 5 наматывается на него, а участок гибкой передачи 4 от поршня 3 левого цилиндра 1 наоборот сходит с вала датчика угла поворота 5. При вращении вала датчик угла поворота 5 вырабатывает импульсы, количество которых пропорционально смещению поршня 3. При достижении поршня 3 левого цилиндра 1 концевого выключателя КВ1 объем правого цилиндра 1 максимальный и полностью заполнен рабочей средой. В этот момент по сигналу от упомянутого концевого выключателя КВ1 контроллер 10 закрывает клапаны К4 и К1, а клапаны К2 и К3 открывает. За счет давления рабочей среды, поступающей уже в левый цилиндр 1 приходит в движение поршень 3 левого цилиндра 1, который толкает своим штоком поршень 3 правого цилиндра 1 и происходит заполнение объема V1 по магистрали впуска 6 через открытый клапан К2 и вытеснение рабочей среды из объема V2 по магистрали выпуска 7 через открытый клапан К3. Далее цикл повторяется. From the controller 10, valves K4 and K1 are opened and the working medium flows through the intake line 6 into volume V2. Under the pressure of the working medium supplied through the intake line 6, the piston 3 of the right cylinder 1 comes into motion and pushes with its rod the piston 3 of the left cylinder 1, which in turn, using a flexible transmission 4, rotates the shaft of the rotation angle sensor 5, while the section of the flexible transmission 4 from the piston 3 of the right cylinder 1, due to the rotation of the shaft of the rotation angle sensor 5, is wound onto it, and the section of the flexible transmission 4 from the piston 3 of the left cylinder 1, on the contrary, comes off the shaft of the rotation angle sensor 5. When the shaft rotates, the rotation angle sensor 5 generates pulses, the number which is proportional to the displacement of piston 3. When piston 3 of the left cylinder 1 reaches the limit switch KV1, the volume of the right cylinder 1 is maximum and is completely filled with the working medium. At this moment, based on a signal from the mentioned limit switch KV1, controller 10 closes valves K4 and K1, and opens valves K2 and K3. Due to the pressure of the working medium entering the left cylinder 1, the piston 3 of the left cylinder 1 comes into motion, which pushes the piston 3 of the right cylinder 1 with its rod and the volume V1 is filled along the intake line 6 through the open valve K2 and the working medium is displaced from the volume V2 along the outlet line 7 through the open valve K3. Then the cycle repeats.
В контроллере 10 при перемещении поршней 3 определяют расход рабочей среды объем которой пропорционален количеству импульсов с датчика угла поворота 5 с момента начала движения поршня 3 цилиндра 1, рабочий объем которого был заполнен рабочей средой. Действительный объем может быть скорректирован в контроллере 10 расчетным путем с учетом физических свойств цилиндра 1, например, коэффициента линейного расширения материала, температуры, давления в цилиндре 1, полученных от датчиков температуры 8 и давления 9, смонтированных в магистрали впуска 6, либо уточнен при градуировке с использованием первичного или вторичного эталонов.In the controller 10, when moving the pistons 3, the flow rate of the working medium is determined, the volume of which is proportional to the number of pulses from the rotation angle sensor 5 from the moment the piston 3 of cylinder 1 begins to move, the working volume of which was filled with the working medium. The actual volume can be adjusted in the controller 10 by calculation, taking into account the physical properties of the cylinder 1, for example, the coefficient of linear expansion of the material, temperature, pressure in the cylinder 1, obtained from temperature sensors 8 and pressure 9 mounted in the intake line 6, or specified during calibration using primary or secondary standards.
Измерение массы жидкости осуществляют косвенным способом. Для этого предварительно рассчитывают плотность жидкости. Measurement of liquid mass is carried out indirectly. To do this, the density of the liquid is first calculated.
В общем случае масса жидкости будет определяться по общей формуле:In general, the mass of the liquid will be determined by the general formula:
где V – объем жидкости, ρ – плотность жидкости.where V is the volume of the liquid, ρ is the density of the liquid.
Для воды плотность в зависимости от ее температуры определяют по формуле:For water, the density, depending on its temperature, is determined by the formula:
где а1=-3,98303; а2= 301,797; а3= 522528,9; а4= 69,34881; а5=999,97495.Where A1=-3.98303; A2= 301.797; A3= 522528.9; A4= 69.34881; A5=999.97495.
Определяют поправку к плотности от наличия растворенного в жидкости воздуха. Для воды это будет: Determine the correction to density due to the presence of air dissolved in the liquid. For water it would be:
Полученную поправку используют при расчете плотности.The resulting correction is used when calculating density.
Для определения плотности воды в зависимости от давления используют формулу:To determine the density of water depending on pressure, use the formula:
где: Р Т – давление воды в трубопроводе, ρ В (Т В , Р) – плотность воды по формуле с учетом поправки Δρ.where: Р Т – water pressure in the pipeline, ρ В (Т В , Р) – water density according to the formula taking into account the correction Δρ.
Коэффициент преобразования расходомера-счетчика при определении массы жидкости будет равен частному от деления коэффициента по объему на плотность жидкости.The conversion coefficient of the flow meter when determining the mass of the liquid will be equal to the quotient of the volume coefficient divided by the density of the liquid.
Измерение объема газа производят аналогичным образом, при этом действительные объемы газа в объемах V1 или V2 определяют по закону Клайперона-Менделеева по формуле:The volume of gas is measured in a similar way, while the actual volumes of gas in volumes V1 or V2 are determined according to the Clayperon-Mendeleev law using the formula:
где p - давление, V - объём газа, ν - количество вещества в молях, R - универсальная газовая постоянная, R≈8,314 Дж/(моль⋅К), T - термодинамическая температура, К.where p is pressure, V is gas volume, ν is the amount of substance in moles, R is the universal gas constant, R≈8.314 J/(mol⋅K), T is thermodynamic temperature, K.
Массу газа определяют косвенно через расчетное значение плотности, которая определяется с использованием эмпирических формул по параметрам среды (температура, давление, полученных от датчиков температуры 8 и давления 9, смонтированных в магистрали впуска 6). The gas mass is determined indirectly through the calculated value of density, which is determined using empirical formulas based on environmental parameters (temperature, pressure obtained from temperature sensors 8 and pressure 9 mounted in the inlet line 6).
Преимуществом заявленного изобретения является его большой динамический диапазон, определяемый как отношение максимального измеряемого расхода к минимальному значению измеряемого расхода. Указанная характеристика зависит от характеристик датчика угла поворота 5, объемов V1-V2 цилиндров 1 и хода поршней 3 и может достигать величины один к нескольким тысячам. The advantage of the claimed invention is its large dynamic range, defined as the ratio of the maximum measured flow rate to the minimum value of the measured flow rate. This characteristic depends on the characteristics of the rotation angle sensor 5, the volumes V1-V2 of the cylinders 1 and the stroke of the pistons 3 and can reach a value of one to several thousand.
Технический результат обеспечении возможности создания способа и поршневого устройства для измерения объема, массы, объемного и массового расхода жидкости или газа, подаваемых в непрерывном потоке с высокой точностью достигается за счет того, что The technical result of providing the possibility of creating a method and piston device for measuring volume, mass, volumetric and mass flow of liquid or gas supplied in a continuous flow with high accuracy is achieved due to the fact that
точность измерения реализуется за счет способа преобразования величины попеременного линейного перемещения поршней 3 в цилиндрах 1, выражаемой в расстояниях между их начальным и конечным положениями, фиксируемых концевыми выключателями КВ1-КВ2 при подаче в рабочие объемы V1 и V2 жидкости и газа, в угловую величину поворота вала датчика угла поворота 5, с последующим преобразованием упомянутой угловой величины в электрические сигналы (импульсы), количество которых пропорционально объему и пропорциональной ему массе жидкости и газа, при этом порогом чувствительности поршневого расходомера-счетчика является значение объема жидкости и газа, которое вызывает смещение поршня 3 в цилиндре 1, последующий поворот вала датчика угла поворота 5 и формирование на выходе упомянутого датчика 5 хотя бы одного электрического сигнала (импульса).measurement accuracy is realized due to the method of converting the magnitude of the alternating linear movement of the pistons 3 in the cylinders 1, expressed in the distances between their initial and final positions, fixed by the limit switches KV1-KV2 when liquid and gas are supplied to the working volumes V1 and V2, into the angular value of the shaft rotation rotation angle sensor 5, followed by conversion of the mentioned angular value into electrical signals (pulses), the number of which is proportional to the volume and mass of liquid and gas proportional to it, while the sensitivity threshold of the piston flowmeter-counter is the value of the volume of liquid and gas, which causes displacement of the piston 3 in cylinder 1, subsequent rotation of the shaft of the rotation angle sensor 5 and the formation of at least one electrical signal (pulse) at the output of the mentioned sensor 5.
Поршневой расходомер-счетчик обладает простой конструкцией, включающей минимально достаточное количество элементов, в том числе механических, обеспечивающих выполнение своих функций по измерению объема и пропорциональных ему величин, пропускаемого через него в непрерывном потоке жидкости или газа.A piston flow meter has a simple design that includes a minimum sufficient number of elements, including mechanical ones, to ensure the performance of its functions of measuring the volume and proportional quantities passed through it in a continuous flow of liquid or gas.
Claims (12)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807007C1 true RU2807007C1 (en) | 2023-11-08 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1153237A1 (en) * | 1983-10-17 | 1985-04-30 | Ленинградское Отделение Государственного Института По Проектированию Предприятий Рыбной Промышленности | Apparatus for metering out liquid |
| RU2319934C1 (en) * | 2006-05-24 | 2008-03-20 | Владимир Алексеевич Ильченко | Device for measuring of gas consumption |
| RU2346247C1 (en) * | 2007-06-14 | 2009-02-10 | Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" | Automatic portable pipe-piston verifier (ppv) for fast verifying of turbine flow transducer |
| DE102007049501A1 (en) * | 2007-10-15 | 2009-04-16 | Festo Ag & Co. Kg | Gas mass and gas flow determining method, involves determining test gas and/or test gas volume in chamber under consideration of selected time difference of test gas mass flow and/or test gas flow rate on basis of gas equation |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1153237A1 (en) * | 1983-10-17 | 1985-04-30 | Ленинградское Отделение Государственного Института По Проектированию Предприятий Рыбной Промышленности | Apparatus for metering out liquid |
| RU2319934C1 (en) * | 2006-05-24 | 2008-03-20 | Владимир Алексеевич Ильченко | Device for measuring of gas consumption |
| RU2346247C1 (en) * | 2007-06-14 | 2009-02-10 | Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" | Automatic portable pipe-piston verifier (ppv) for fast verifying of turbine flow transducer |
| DE102007049501A1 (en) * | 2007-10-15 | 2009-04-16 | Festo Ag & Co. Kg | Gas mass and gas flow determining method, involves determining test gas and/or test gas volume in chamber under consideration of selected time difference of test gas mass flow and/or test gas flow rate on basis of gas equation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7934413B2 (en) | Flowmeter calibration system and operational method | |
| CN107976223B (en) | A kind of high-precision leakage amount detector | |
| WO2005078280A1 (en) | A feeding pump device of bulk tube continually metering type | |
| US4549426A (en) | Compact flow prover | |
| AU2012323851B2 (en) | Low temperature prover and method | |
| RU2807007C1 (en) | Method for measuring volume, mass, volume and mass flow of liquid and gas and piston flow meter for its implementation | |
| KR101658745B1 (en) | Piston prover | |
| CN111323338B (en) | Gas flow online calibration system and method | |
| CN2521591Y (en) | Linear volume flow meter | |
| CN208998863U (en) | The volumetric metering station of high degree of automation | |
| JP3637988B2 (en) | Flow meter testing device | |
| US11280654B2 (en) | Reciprocating piston pump | |
| US3906793A (en) | Flow meter | |
| CN209212229U (en) | Oil well three-phase metering integrated apparatus | |
| JPS6173024A (en) | Piston prober | |
| JP2863395B2 (en) | Piston prober | |
| RU2069264C1 (en) | Method for measurement of well flow rate and device for its embodiment | |
| RU93530U1 (en) | BIDIRECTIONAL PIPE PISTON CHECK INSTALLATION | |
| SU877334A1 (en) | Tubular-piston flowmetric plant | |
| RU2365878C2 (en) | Fluid flow metre of variable pressure drop | |
| CN2405192Y (en) | Intelligent flowmeter | |
| CA1230750A (en) | Compact flow prover | |
| RU11603U1 (en) | DYNAMIC VOLUME-MASS FLOW METER INSTALLATION | |
| RU2099936C1 (en) | Method for diagnosis of leak failure of milking unit pipelines | |
| SU998867A1 (en) | Piston flowmetric device |