УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ
APPARATUS FOR CALIBRATING HOT-WIRE LIQUID FLOW RATE SENSORS

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для калибровки термоанемометрических датчиков скорости потока жидкости и может быть использовано для повышения информативности геофизических исследований скважин, проводимых с применением термоанемометрических датчиков.
Известно устройство для калибровки скважинных расходомеров, содержащее стойку, электронасос, эталонный и калибруемый расходомеры, измерительный участок в виде вертикально установленных и последовательно соединенных труб (патент РФ №2289796, G01F 25/00, 2004 г.).
Недостатком известного устройства является то, что оно занимает довольно большую площадь и производит много шума из-за использования электронасоса для прокачки жидкости. Громоздкая конструкция труб различных диаметров, большой объем рабочих жидкостей, невозможность контролировать режим течения в рабочей трубе существенно ограничивает область применения данной установки. Для проведения калибровки на другой рабочей жидкости требуется трудоемкая операция по замене жидкости и повторная тарировка установки на новой жидкости, что увеличивает суммарное время исследований в различных средах.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для градуировки термоанемометрических датчиков, содержащее подставку, резервуар с рабочей жидкостью, термоанемометрический датчик и измерительную аппаратуру (авторское свидетельство СССР №654909, G01P 5/12, 1979 г.).
Недостатком технического решения, выбранного в качестве прототипа, являются достаточно большие внешние габариты и масса устройства. При эксплуатации устройства возникают неудобства, связанные с быстрой заменой рабочей жидкости в случае проведения градуировки в различных жидких средах. Недостатком устройства является также и то, что после проведения одной или нескольких операций калибровки требуется подъем погружающего колокола-вытеснителя в исходное рабочее положение и пополнение резервуара вытекшей рабочей жидкостью. Все это в целом увеличивает временные затраты при эксплуатации установки.
Кроме этого, в прототипе не учитывается режим течения жидкости (ламинарный, турбулентный), влияние краевых эффектов в канале течения в зоне термоанемометрического датчика, что снижает достоверность получаемой при калибровке информации.
Наличие трущихся поверхностей в виде пружин, использующихся для центровки погружающегося колокола-вытеснителя и скользящих контактов, использующихся для съема сигнала с подвижных частей установки, также снижают достоверность получаемой информации при калибровке термоанемометров.
Техническим результатом изобретения является уменьшение массы и габаритов устройства, снижение временных затрат при эксплуатации и повышение достоверности результатов калибровки.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для калибровки термоанемометрических датчиков скорости потока жидкости, содержащем подставку, резервуар с жидкостью, термоанемометрический датчик и измерительную аппаратуру, в отличие от прототипа в него введены лопасти, кронштейн, рейка и электропривод, включающий электродвигатель с редуктором и источник питания электродвигателя, при этом резервуар выполнен в виде плоскодонной емкости круглой формы, на дне которой вдоль радиуса расположены лопасти, над резервуаром горизонтально размещена рейка с делениями, концы которой жестко заделаны на подставке, на рейке размещен кронштейн с закрепленным в нем в вертикальном положении термоанемометрическим датчиком, при этом кронштейн имеет возможность перемещения по рейке и может быть зафиксирован в любом ее месте, а проекция продольной оси термоанемометрического датчика совмещена с диаметром резервуара.
На фиг.1 изображено устройство для калибровки термоанемометрических датчиков скорости потока жидкости.
Устройство содержит подставку 1, резервуар 2 в виде плоскодонной емкости круглой формы, на дне которой вдоль радиуса расположены лопасти 3. Над резервуаром 2 горизонтально размещена рейка 4 с делениями. Концы рейки 4 жестко заделаны на подставке 1. Кронштейн 5 с закрепленным в нем в вертикальном положении термоанемометрическим датчиком 6 имеет возможность перемещения по рейке 4 и может быть зафиксирован в любом ее месте, при этом проекция продольной оси термоанемометрического датчика 6 совмещена с диаметром резервуара.
Резервуар 2 приводится во вращение с помощью электропривода, состоящего из электродвигателя 7 с редуктором и источника питания электродвигателя 8.
Показания термоанемометрического датчика 6 регистрируются измерительной аппаратурой 9.
Калибровку осуществляют следующим образом. Резервуар 2 заполняют рабочей жидкостью, в качестве которой используют воду, масло, нефть или их смеси. В резервуар со стоячей жидкостью погружают термоанемометрический датчик 6, с помощью термометра измеряют температуру жидкости, затем осуществляют нагрев термоанемометрического датчика фиксированным током, а показания датчика регистрируют измерительной аппаратурой.
Далее приводят во вращение резервуар 2. С помощью лопастей 3 вращение резервуара преобразуется во вращение рабочей жидкости. После стабилизации скорости вращения всего объема жидкости с термоанемометрического датчика снимают показания.
Линейную скорость потока жидкости, обтекающей термоанемометрический датчик, можно рассчитать из выражения (1)
,
где V - линейная скорость потока жидкости в резервуаре,
ω - угловая скорость жидкости,
n - число оборотов резервуара в единицу времени,
R - местоположение термоанемометрического датчика относительно центра резервуара.
Из выражения (1) следует, что изменение линейной скорости потока жидкости можно добиться двумя способами, а именно, сохраняя постоянной угловую скорость вращения, изменять местоположение датчика относительно центра резервуара или же, изменяя угловую скорость вращения, оставить постоянным местоположение датчика. Техническая реализация первого способа осуществляется путем перемещения по рейке 4 кронштейна 5 с датчиком 6 при сохранении постоянства частоты вращения вала электродвигателя, а реализация второго способа достигается изменением частоты вращения вала электродвигателя при сохранении постоянным местоположения кронштейна с датчиком на рейке.
Измерение времени одного оборота резервуара 2 осуществляется с помощью электронного секундомера, пары герконов с нормально разомкнутыми контактами, размещенных на подставке 1, и магнита, расположенного на вращающемся резервуаре (на фиг.1 не показано).
Предлагаемое устройство позволяет оперировать малыми объемами рабочей жидкости, обладает малой металлоемкостью, что существенно уменьшает его массу и габариты.
Резервуар выполнен съемным, а на дне резервуара расположен вентиль (на фиг.1 не показано), что делает возможным быструю замену рабочей жидкости.
Контроль режима течения жидкости (ламинарный, турбулентный) осуществляется визуально с помощью окрашивания рабочей жидкости. Переход от ламинарного потока к турбулентному осуществляется путем создания искусственных вихрей специальным механическим устройством - турбулизатором, который располагается в резервуаре перед термоанемометрическим датчиком (на фиг.1 не показано).