RU2121662C1

RU2121662C1 - Method of measurement of liquid flow rate and continuity

Info

Publication number: RU2121662C1
Application number: RU95115531A
Authority: RU
Inventors: Б.К. Григоровский; М.И. Серпокрылов; И.А. Хрусталева
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1995-09-04
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method is based on introduction of two auxiliary liquid flows into main liquid flow passing through metal pipeline. These auxiliary flows are introduced through insulated metal tubes provided with holes which allow measurement of difference between full pressure and static pressure of flow. Continuity is determined by value of electric capacitance consisting of that of pipeline and tubes used as electrodes and of liquid flow used as dielectric. EFFECT: identification of medium by value of its dielectric permittivity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода и плотности потока жидкости в трубопроводах при испытании различного типа двигателей. The invention relates to measuring technique and can be used to measure flow rate and fluid flow density in pipelines when testing various types of engines.

Известен способ измерения расхода жидкой среды (авторское свидетельство СССР N 892214, G 01 F 1/00 опубликованное 23.12.81, БИ N 47 - аналог) путем создания дополнительного потока в этой среде, пересекающий основной поток с последующим измерением перепада давления. A known method of measuring the flow rate of a liquid medium (USSR author's certificate N 892214, G 01 F 1/00 published 23.12.81, BI N 47 - analogue) by creating an additional flow in this medium, crossing the main flow with subsequent measurement of pressure drop.

Однако недостатком этого способа является низкая надежность в случае наличия в контролируемом потоке механических взвесей и других включений, образующихся, в частности, при кавитации потока, а также относительно узкий предел измерения, ограниченный условием полного перемещения измеряемого потока дополнительным при его сносе основным потоком. Кроме того, для контроля кавитации требуется применять дополнительные измерительные системы (Л.Н. Лапшенков и др. Исследование спиральной линии, применяемой для измерения содержания газа в жидкости. Известие ВУЗов. Радиоэлектроника. 1983, т. 26, N 8, с. 83-85; Л.Н. Лапшенков и др. Исследование устройства измерения газосодержания в газожидкой смеси: Приборостроение. Известия ВУЗов, 1986, N 6, с. 50-54). However, the disadvantage of this method is the low reliability in the case of the presence of mechanical suspensions and other inclusions in the controlled flow, which are formed, in particular, during flow cavitation, as well as a relatively narrow measurement limit, limited by the condition that the measured flow is completely displaced by the additional main flow when it is demolished. In addition, to control cavitation, it is required to use additional measuring systems (L.N. Lapsenkov et al. Study of the spiral line used to measure the gas content in a liquid. News of Universities. Radioelectronics. 1983, v. 26, No. 8, p. 83- 85; LN Lapsenkov et al. Study of a device for measuring gas content in a gas-liquid mixture: Instrument making. Izvestiya VUZov, 1986, N 6, p. 50-54).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения расхода жидкости путем определения ее динамического набора с помощью трубки Пито - Прандля (Л.И. Седов. Механика сплошной среды, т. 2, М., "Наука", 1973, с. 30), а также с помощью осредняющих наборных трубок (П.П.Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества. Л, "Машиностроение", 1989, с. 129). Closest to the proposed method is a method of measuring fluid flow by determining its dynamic set using a Pitot-Prandl tube (L.I. Sedov. Continuum Mechanics, vol. 2, M., Nauka, 1973, p. 30), and also with the help of averaging type-setting tubes (P.P. Kremlevsky. Flowmeters and counters of quantity. L, "Mechanical Engineering", 1989, p. 129).

Недостатком прототипа является низкая надежность при измерении расхода сред типа "сырой нефти", содержащей механические взвеси типа песка, парафина и т.п. вследствие засорения трубок в местах оттора давления. The disadvantage of the prototype is the low reliability when measuring the flow rate of media such as "crude oil" containing mechanical suspensions such as sand, paraffin, etc. due to clogging of the tubes in places of pressure relief.

При формировании структуры парожидкостного, газожидкостного потока (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества. Л. "Машиностроение", с. 624, рис. 369, 370) трубки Пито-Прандля, а также осредняющие трубки не идентифицируют структура потока, что требует применения дополнительных измерительных средств и методов (А.С. СССР N 525010 - "Устройство для измерения плотности потока жидкости"). When forming the structure of a vapor-liquid, gas-liquid flow (P. P. Kremlevsky. Flow meters and quantity counters. L. "Engineering", p. 624, Fig. 369, 370), the Pitot-Prandl tubes, as well as the averaging tubes, do not identify the flow structure, which requires the use of additional measuring tools and methods (AS USSR N 525010 - "Device for measuring the density of the fluid flow").

Цель изобретения - упрощение идентификации структуры потока и повышение надежности измерения расхода. The purpose of the invention is to simplify the identification of the flow structure and increase the reliability of flow measurement.

Поставленная цель достигается тем, что в металлический трубопровод с контролируемой средой касательно и перпендикулярно вектору скорости контролируемой среды вводят дополнительные потоки через металлические трубки с отверстием, которые изолируют от металлического трубопровода и контролируемой среды вспомогательным материалом (типа каучука или резины) с подвижной и неподвижной границами таким образом, что о расходе контролируемой среды судят по разности давлений в двух дополнительных потоках, а о сплошности контролируемой среды по величине электрической емкости, образованной металлическим трубопроводом, контролируемой средой, вспомогательным изолирующим материалом и металлическими трубками с дополнительными потоками. This goal is achieved by the fact that additional flows are introduced into the metal pipeline with a controlled medium tangentially and perpendicularly to the velocity vector of the controlled medium through metal tubes with a hole that isolate the auxiliary material (such as rubber or rubber) from the metal pipeline and the controlled medium with movable and fixed boundaries such in such a way that the consumption of the controlled medium is judged by the pressure difference in two additional flows, and the continuity of the controlled medium by the value of the electric capacitance formed by a metal pipe controlled by the medium, auxiliary insulating material and metal tubes with additional flows.

Таким образом, дополнительные потоки в металлических трубках оказываются изолированными от контролируемого потока и одновременно обеспечивается их силовое взаимодействие с контролируемым потоком. Обеспечение силового взаимодействия дополнительных потоков с контролируемым потоком и их изоляция от последнего легко осуществляется при помощи пропускания через металлические трубки с надетыми на них герметичными трубками с вялыми или эластичными стенками дополнительной вспомогательной среды - газа, пара, жидкости. При этом трубка, расположенная касательно вектору скорости контролируемой среды подвергается со стороны этой среды только статическому давлению Pс, вторая же, расположенная перпендикулярно вектору скорости контролируемой среды - сумме статического и динамического давления Pс + Pд, причем последнее вызвано динамическим набором контролируемой среды, т.е. функционально связано с расходом. Thus, the additional flows in the metal tubes are isolated from the controlled flow and at the same time their force interaction with the controlled flow is ensured. Ensuring the force interaction of additional flows with a controlled flow and isolating them from the latter is easily carried out by passing through metal tubes with hermetically sealed tubes with flaccid or elastic walls of an additional auxiliary medium - gas, steam, liquid. In this case, the tube located relative to the velocity vector of the controlled medium is subjected to only static pressure Pc from the side of this medium, while the second one, located perpendicular to the velocity vector of the controlled medium, is the sum of the static and dynamic pressure Pc + Pd, the latter being caused by the dynamic set of the controlled medium, i.e. . functionally related to consumption.

Если металлические трубки с дополнительными потоками находятся в жидкости, то величина электрической емкости названного емкостного датчика определяется величиной диэлектрической проницаемости контролируемой жидкостной среды. Если же металлические трубки с дополнительными потоками окажутся в "газовом пузыре", то изменение величины электрической емкости (вследствие изменения диэлектрической проницаемости) образованного емкостного датчика сигнализирует о нарушении сплошности контролируемой жидкостной среды. If metal tubes with additional flows are in a liquid, then the electric capacitance value of the said capacitive sensor is determined by the dielectric constant of the controlled liquid medium. If metal tubes with additional flows end up in the “gas bubble”, then a change in the electric capacitance (due to a change in the dielectric constant) of the formed capacitive sensor signals a violation of the continuity of the controlled liquid medium.

Сверхэффект предлагаемого способа заключается в том, что он позволяет идентифицировать также и саму среду (вода, масло), расход которой измеряется по величине ее диэлектрической проницаемости. The super-effect of the proposed method is that it also allows you to identify the medium itself (water, oil), the flow rate of which is measured by the value of its dielectric constant.

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа. The drawing shows a device for implementing the proposed method.

В металлическом трубопроводе 1 перпендикулярно и касательно вектору скорости контролируемой среды размещены металлические трубки 2 с отверстиями. На трубки 2 надеты трубки 3, выполненные из каучука. Через схему измерения величины электрической емкости 4 металлические трубки соединены с металлическим трубопроводом, а к источнику повышенного давления 5 трубки подсоединены через регулируемые пневмосопротивления (пневморезисторы) 6, 7. Выходной прибор 8 - дифференциальный монометр - подключен к диагонали пневмомоста, после пневморезисторов. Газом 9 создаются дополнительные потоки, ортогональные и касательные к контролируемой среде 10. In the metal pipe 1, metal tubes 2 with holes are placed perpendicularly and with respect to the velocity vector of the controlled medium. Tubes 2 are fitted with tubes 3 made of rubber. Through a circuit for measuring the electric capacitance, 4 metal tubes are connected to a metal pipeline, and 5 tubes are connected to an increased pressure source through adjustable pneumatic resistances (pneumoresistors) 6, 7. The output device 8, a differential monometer, is connected to the diagonal of the pneumatic bridge after the pneumoresistors. Gas 9 creates additional flows, orthogonal and tangent to the controlled environment 10.

Устройство работает следующим образом. Источник повышенного давления 5 при помощи пневмосопротивлений 6, 7 формирует дополнительные 9 касательный и ортогональный вектору скорости жидкости 10 потоки, выходящие в область пониженного давления, например в атмосферу. Статическое и полное давление контролируемой жидкости 10 определяет различное проходное сечение для газа в металлических трубках 2 в силу различного прогиба материала трубок 3. Степень этого различия, воспринимаемая дифференциальным манометром 8, представляет расход жидкости 10 в трубопроводе 1. The device operates as follows. The source of high pressure 5 using pneumatic resistances 6, 7 forms an additional 9 tangent and orthogonal to the fluid velocity vector 10 flows, leaving the area of low pressure, for example into the atmosphere. The static and total pressure of the controlled fluid 10 determines a different flow area for gas in the metal tubes 2 due to the different deflection of the material of the tubes 3. The degree of this difference, perceived by the differential pressure gauge 8, represents the flow rate of the fluid 10 in the pipeline 1.

Если трубка 2 в трубопроводе 1 окружена жидкостью 10, то емкостная измерительная схема 4 показывает - "жидкость". If the tube 2 in the pipe 1 is surrounded by a liquid 10, then the capacitive measuring circuit 4 shows - "liquid".

Если же трубка 2 в трубопроводе 1 окружена "газовым пузырем", то емкостная измерительная схема 4 показывает - "газ". If the tube 2 in the pipe 1 is surrounded by a "gas bubble", then the capacitive measuring circuit 4 shows "gas".

Предлагаемый способ идентификации структуры потока ("газ" - "жидкость") и измерения его расхода может быть использован в нефтехимической, авиационной промышленности, при транспорте газоповышенных жидкостей по трубопроводу, в пищевой промышленности, например при измерении расхода молока и контроле его жирности, а также в ряде других случаев. The proposed method for identifying the flow structure ("gas" - "liquid") and measuring its flow rate can be used in the petrochemical and aviation industries, when transporting gas-enhanced liquids through a pipeline, in the food industry, for example, when measuring milk flow rate and controlling its fat content, as well as in a number of other cases.

Claims

A method for measuring the flow rate and continuity of a fluid flow in a pipeline by the value of the dynamic pressure head and by the value of the dielectric constant of the flow, characterized in that, in order to simultaneously measure the indicated values tangentially and orthogonally to the fluid flow velocity vector, in the main pipeline into a controlled fluid flow through two additional metal tubes with holes an additional flow is introduced, interacting with the main controlled flow through a tight deformable boundary placed on two additional metal tubes with holes and electrically isolating these tubes from the main fluid flow in the main pipeline, forming with the additional metal tubes and controlled by the main fluid flow in the main pipeline the capacity of the electric capacitor, the value of which judges the continuity of the main fluid flow, and the dynamic pressure of the main fluid flow, represented by the difference between its total and static pressure on hydraulic resistance x additional tubes further downstream, the flow rate is judged on the main fluid flow in the main conduit.