Струйный расходомер газа

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения газообразных сред.
Известно устройство измерения струйным расходомером (RU 1295230, А1, 07.03.1987) с недостаточной зоной чувствительности, которая ограничивает зону работоспособности и диапазон измерения. Недостатком известного устройства является существование противоречивых требований и невозможность их преодоления при реализации только одной физикой течения среды при использовании одного струйного генератора. Эти требования сведены к двум параметрам: минимальный измеряемый расход и максимальный допустимый перепад давления на расходомере в максимальной точке диапазона.
Известно устройство измерения расхода текучей среды (RU 2157967, С2, 21.05.1998). Часть потока среды после магистрального расходомера возвращают через вспомогательный расходомер и ограничительный дроссель в магистраль перед насосом и расход на рабочую нагрузку определяют как разность расходов через магистральный и вспомогательный расходомеры. Этот прием позволяет сместить зону измерения магистрального расходомера в необходимый пониженный диапазон. Однако, диапазон измерения смещается при наличии линии обратного потока, которая понижает порог чувствительности и вместе с ним снижает верхнюю границу измерения.
Известен измеритель потока среды (RU 2572461 С2, 10.01.2016), принятый за прототип, в котором часть потока возвращают через вспомогательный расходомер в основной канал для понижения порога чувствительности. Недостатком устройства является наличие в схеме измерения дополнительного расходомера, который усложняет процедуру измерения. Дополнительный прибор всегда удорожает эксплуатацию, связанную с его аттестацией, увеличивает комплект оборудования, уменьшает общий ресурс измерителя.
Техническим результатом является расширение диапазона измерения расхода, его разделения на две части с понижением предела измерения в первой части диапазона, не снижая верхнего предела второй части диапазона, упрощения функционального состава.
Технический результат достигается тем, что предложенный струйный расходомер газа, характеризуется тем, что содержит проточный корпус с размещенными внутри по потоку в основном канале камерой со струйным генератором, крыльчаткой, камерой выхода, соединенной каналом реверса через камеру струйного генератора с входом крыльчатки и автоматику счета.
На фиг. 1 представлена конструкция модели в продольном разрезе по потоку.
На фиг. 2 приведены статические характеристики модели в координатах частота от расхода среды ƒ=F(Q).
Струйный расходомер газа (фиг. 1), содержит проточный корпус 1 с размещенными внутри по потоку в основном канале 2 камерой 3 со струйным генератором 4 и байпасом 5, крыльчаткой 6. камерой 7 выхода, соединенной каналом 8 реверса через камеру 3 струйного генератора 4 с входом 9 крыльчатки 6, и автоматику счета 10, состоящей из сумматора 11 - это устройства сравнения сигналов по частоте ƒvar, получаемой от струйного генератора 4, и собственного 12 генератора ƒconst, индикатора 13 расхода Q.
2
2
2
Весь диапазон измерения (фиг. 2) разделяют на две части - в первой части работает крыльчатка с потоком реверса (линия Q), во второй части - крыльчатка не работает (выключена), поток реверса отсутствует. При этом в первой части: - увеличивают Q при уменьшении потока Q до согласованного выбранного значения нижнего предела и - уменьшают величину Q до нуля по мере увеличения потока Q до согласованного выбранного значения верхнего предела первой части диапазона.
1
1
2
2
1
2
На фиг. 2 линия Q характеризует расход Q≅const, измеренный струйным генератором 4 при работе крыльчатки 6, линия Q - изменение расхода Q при подаче в камеру 3 и струйный генератор 4. В этом диапазоне индикатор 13 фиксирует расход газа по формуле Q=Q-Q.
1
2
1
2
1
var
1
2
2
При наличии перепада давления в сети потребления поток основного канала 2 величиной Q в первой части измерения проходит в камеру 3 струйного генератора 4, общую для потока основного канала 2 и потока канала реверса 8, далее в струйный генератор 4 и байпас 5, камеру выхода 7 к потребителю. В камере 3 образуется суммарный поток Q за счет присоединения потока реверса Q (Q=Q+Q), величина Q измеряется частотой колебаний ƒ струйного генератора 4, которая передается в сумматор 11 электронной автоматики счета 10 с последующим выводом на индикатор 13. Далее в камере 7 выхода из суммарного потока Q выделяется поток реверса Q и на выход расходомера попадает поток величиной Q к потребителю. Выделение потока реверса Q происходит за счет частичного разрежения в камере 7, образованного тягой газа при вращении крыльчатки 6 в той мере, которая определяется величиной разницы частоты ƒvar струйного генератора 4 и заданной генератором 12 частоты ƒconst.
При отсутствии перепада давления в газовой сети струйный генератор 4 измеряет расход только крыльчатки 6, которая включается в работу приводом по сигналу сумматора 11. Поток крыльчатки 6 протекает по кольцу каналов, образованного следующими конструктивными элементами (фиг. 1): камерой 9, крыльчаткой 6 каналом 8 реверса потока, камерой 3, с распложенным в ней струйным генератором 4 и вновь камерой 9. При этом частота ƒvar через пьезосъем струйного генератора 4 сравнивается по величине с заданной частотой ƒconst генератора 12 и полученная максимальная разница этих частот фиксируется как соответствующая нулевому расходу газа (Q=0).
2
1
2
2
2
При возрастании перепада давления и измеряемого расхода Q в сети частота струйного генератора возрастает по величине Δƒ=ƒvar-ƒconst сумматор 11 выдает команду на привод крыльчатки 6 для снижения расхода Q для поддержания постоянства Q. Одновременно изменение величины частоты Δƒ, которая обратно пропорциональна ΔQ, фиксируется индикатором 13, как замеренный расход газа расходомером. При этом полагается, что после процедуры вычитания, тот поток на выходе 7, который поступил в нагрузку, считается равным по величине потоку в основном канале 2 и измерен с некоторой погрешностью ζ, зависимой от стабильности статической характеристики крыльчатки «частота-расход». При изменении величины потока Q, например, при увеличении, пропорционально уменьшается величина потока реверса Q. Расход Q, развиваемый крыльчаткой 6, управляется сумматором 11, сравнивающий сигналы.
2
По мере увеличения расхода сети развиваемый крыльчаткой 6 расход Q уменьшается до нуля и крыльчатка отключается.
2
Во второй части диапазона крыльчатка не работает, измерения расхода Q потока основного канала 2 при нулевой величине потока реверса Q измеряют частотой струйного генератора 4, сигнал которого непосредственно проходит через устройство 11 на индикатор 13, фиксируя измеряемый расход во втором диапазоне.
2
2
20
1
1
1
1
Измерительная работа крыльчатки 6 (фиг. 2, линия Q) и потока реверса Q начинается с условного нуля, например, назначено Q=20 л/ч (условно ƒ=10 Гц). Величина расхода Q поддерживается постоянной (линия Q) по основному каналу 2 через струйный генератор и равной, например с байпасом 5, примерно 300 л/ч. Поддержание расхода Q=const на выбранном уровне необходимо для отсчета показаний приращения расхода Q, подаваемых на индикатор 13. Таким образом, измерение начинается с произвольно заданной начальной величины Q=20 л/ч, которую можно выбрать и менее, но это определяется порогом чувствительности крыльчатки. При выбранных начальных условиях расход Q<20 л/ч не измеряется.
Предложенная модель позволяет снизить порог чувствительности расходомера и тем самым расширить диапазон измерения расхода.