SU817562A1

SU817562A1 - Device for analysis of moving liquid

Info

Publication number: SU817562A1
Application number: SU792746588A
Authority: SU
Inventors: Татьяна Федоровна Коваленко; Дмитрий Вениаминович Беляев; Сергей Геннадиевич Андрианов; Алексей Дмитриевич Кузьмин
Priority date: 1979-01-25
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1981-03-30

Description

1one

Изобретение относитс к приборостроению и может быть применено дл автоматического анализа движущихс жидких потоков тепловьам методом в услови х химических, нефтехимически к т.п. производств.The invention relates to instrumentation engineering and can be applied for the automatic analysis of moving liquid streams by thermal methods using chemical, petrochemical, etc. conditions. productions.

Известны устройства дл анализа газовых потоков, содержащие трубопровод с расположенными в нем источниками тепла и термочувствительными элементами, измер ющими температуру потока до и после нагревател 1.Apparatus for analyzing gas streams are known, comprising a pipeline with heat sources located therein and temperature-sensitive elements measuring the temperature of the stream before and after heater 1.

Однако эти устройства непригодны дл анализа состава жидких потоков в силу существенного изменени в зкости и плотности .жидкости от темпер туры , что приводит к образованию конвективных потоков в зоне нагрева нарушающих простую св зь теплопроводности с составом жидкостей.However, these devices are unsuitable for analyzing the composition of liquid streams due to a significant change in viscosity and density of liquids as a result of temperature, which leads to the formation of convective currents in the heating zone that violate the simple relationship of thermal conductivity with the composition of liquids.

Дл анализа состава жидких потоков наиболее пригодны устройства, использующие неконтактные элементы, располагаемые на стенке измерительной трубки, поскольку при этом обеспечива етс возможность создани ламинарной (слоистой) структуры в зоне измерени , что в свою очередь позвол ет в, р де случаев отыскать необходимые закономерности, св зывающиеFor analysis of the composition of liquid flows, devices using contactless elements located on the wall of the measuring tube are most suitable, since this makes it possible to create a laminar (layered) structure in the measurement zone, which in turn allows us to find the necessary regularities, binding

выходной сигнал преобразовател с изменением состава.converter output signal with composition change.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс устройство дл анализа движущейс жидкости , в частности таких ее параметров , как теплопроводность Я. и температуропроводность а движущейс жидкости , в которс при помощи насоса прокачиваетс жидкость с известной скоростью, регистрируемой расходомером , в термостат и теплообменник, при этом жидкость приобретает посто нную температуру, после чего поступает в измерительную трубку теплового преобразовател , где температура исследуемой жидкости измен етс по определенному закону за счет тепла, .выдел емого секционным нагревателемThe closest to the proposed technical entity is a device for analyzing a moving fluid, in particular, its parameters such as thermal conductivity I. and thermal diffusivity of a moving fluid, which pumped fluid at a known rate, recorded by the flow meter, into a thermostat and heat exchanger, at the same time, the liquid acquires a constant temperature, after which it enters the measuring tube of the thermal converter, where the temperature of the test liquid is changed by definition Nome law by heat .vydel emogo sectional heater

0 с общей относительной длиной |--42о, размшценным на внешней поверхности трубки, и подключенном к источнику стабилизированного питани . Свойства исследуемой среды, в частности тешто5 проводность X и температуропроводность (а), определ ют характер изменени температуры по длине обогреваемого участка, а также значение среднемассовой температу{Ж2, измер емой0 with a total relative length | --42 °, located on the outer surface of the tube, and connected to a source of stabilized power. The properties of the medium under study, in particular test5 conductivity X and thermal diffusivity (a), determine the nature of the temperature change along the length of the heated section, as well as the value of the mass-average temperature {Ж2, measured

0 на выходе из преобразовател . Значени л и а в этом случае рассчитываютс по эмпирическим найденном зависимост м 2 . Недостатками этого устройства вл йтс мала чувствительность измерени поскольку здесь не учитываетс зависимость характеристик по.будител no-f тока от состава анализируемой жидкос ти, ограниченна область применени , поскольку при измерении не Уштываетс вли ние в зкости потока, и слож ность конструкции, св занна с необходимостью изготовлени секционного нагревател . Цель изобретени - повышение чувствительности , расширение области применени и упрощение конструкций. Поставленна цель достигаетс тем, что между насосом и термостатом установлена система дл поддержани посто нного напора, например бачок псзсто нного уровн , а тепловой преоб разователь выполнен в виде трубки с расположенными на ее внешней поверхности измерительными и компенсационными терморезисторами, образующилас мостовую схему, подключенную к источ нику стабилизированного питани и измерительному прибору, причем измерительные терморезисторы размадены под нагревателем, имеющим одну обмот ку длиной (10-15)d, где d - внутренний диаметр измерительной трубки, установленным на трубке и св занным со стабилизированным источником питани . На фиг. 1 представлена принципиальна схема устройства; на фиг. 2 график зависимости средней температуры стенки теплового преобразовател от изменени состава потока. Крива Т получена при подаче потока в преобразователь с помощью .системы поддержани посто нного давлени (например напорного бачка), а крива П - с помс цью насоса посто нной производительности (например шестеренчатого насоса). Устройство содержит насос 1, систему 2 поддержани посто нного давлени , термостат 3, теплообменник 4, тепловой преобразователь 5, првдсташ л ющий собой измерительную трубку 6, на которой установлены электрический нахреватель 7 посто нной мощности, из1№рительные 8 и компенсационные 9 чувствительные элементы, подключенные по мостовой схеме к источнику 10 стабилизированного питани и изм ительному прибегу 11. Измерительна трубка, защищена от внш1них воздейст вий кожухом 12. Измерительные элементы 8 расположены под нагревателем 7 и распределены по длине обогреваемого участка. Нагреватель выполнен в виде обмотки с длиной (10-15)d, IQpOMe того, устройство содержит расходомер 13 и подключено к трубопррво ду емкости) 14 с анализируемой средой Устройство работает следующим образом. Исследуемую жидкость, отбираемую из трубопровода (емкости) 14 насосок; 1, прокачивают через систему 2 под- , держани посто нного давлени , с помощью которой в линии подачи жидкости в тепловой преобразователь 5 устанавливаетс определенна скорость движени потока (0,05 - 0,3 м/с), контролируема расходомером 13, причем конкретна величина скорости определ етс услови ми измерени (например свойствами анализируемой среды ) , а также требуемыми значени ми метрологических показателей анализатора (параметрической чувствительностью , посто нной времени и др.). Затем поток по гидравлическому тракту посто нного сечени поступает на вход теплового преобразовател 5, име заданную температуру, обеспечиваемую термостатом 3 и теплообменником 4. При этом на входе в преобразователь 5 создаетс установившийс (изотермический) режим течени с параболическим профилем скорости.При поступлении потока в преобразователь 5 на него воздействует посто нное тепловое возмущение, создаваемое электрическим нагревателем 7, Результаты этого воздействи про вл ютс в деформации профилей скорости и температуры потока, привод щие к изменению интенсивности теплообмена в этой зоне, т.е. изменению коэффициента теплоотдачи oL, что в свою очередь вызывает изменение температуры.потока и стенки измерительной трубки- б. Чувствительные элементы 8 и 9 воспринимгиот перепад температур дг, определ ющий величину выходного сигнала преобразо-; вател .5, который регистрируетс измерительным прибором 11. Графики зависимости перепада температур /At от концентрации водных растворов моноэтанола№на, полученные при одних и тех же услови х, но при использовании различных систем подачи потока в тепловой преобразователь . При подаче потока с помощью напевного бачка (крива I) чувстви- тельность к изменению концентрации существенно возрастает по сравнению со случаем, когда подачу потока осуществл ют системой с посто ной производительностью , например шестеренчатым насосом (крива 1). . Работа устройства основана на зависимости коэффициента теплоотдачи oiL движущегос потока от его состава при условии, что скорость потока посто нна. Изменение состава.жидкости вызывает в принципе изменение всех его теплофизичёских параметров, т.е. теплопроводности, в зкости, плотности и теплоемкости. Характер теплообмена в системах с движущимс потоком0 at the output of the converter. The values of l and a in this case are calculated from the empirical dependencies m 2 found. The disadvantages of this device are that the sensitivity of the measurement is low because the dependence of the characteristics of the current no-f current on the composition of the liquid being analyzed is not taken into account, since the measurement does not decrease the influence of the flow viscosity and the design complexity associated with the need to manufacture a sectional heater. The purpose of the invention is to increase the sensitivity, expand the scope and simplify the structures. This goal is achieved by the fact that a system is installed between the pump and the thermostat to maintain a constant pressure, for example, a tank of a standing level, and the thermal converter is made in the form of a tube with measuring and compensating thermistors on its outer surface that form a bridge circuit connected to the source to the stabilized power supply and measuring instrument, the measuring thermistors being razmadeny under the heater, having one winding length (10-15) d, where d is the inner diameter mp measuring tube mounted on the tube and associated with the stabilized power source. FIG. 1 is a schematic diagram of the device; in fig. 2 is a graph showing the average temperature of the wall of the heat converter as a function of the composition of the flow. Curve T was obtained when the flow was fed to the converter using a constant pressure maintenance system (for example, a pressure tank), and curve P was obtained with a constant performance pump (for example, a gear pump). The device contains a pump 1, a system 2 maintaining a constant pressure, a thermostat 3, a heat exchanger 4, a heat converter 5, which is equipped with a measuring tube 6, on which a constant-power electric heater 7 is installed, and 8 compensatory elements 9 connected by a bridge circuit to the source 10 of the stabilized power supply and the measuring resort 11. The measuring tube is protected from external influence by the housing 12. The measuring elements 8 are located under the heater 7 and the distribution s along the length of the heated portion. The heater is made in the form of a winding with a length (10-15) d, IQpOMe, the device contains a flow meter 13 and is connected to the pipework of the tank) 14 with the medium being analyzed. The device operates as follows. The investigated liquid is taken from the pipeline (tank) 14 pumps; 1 is pumped through a constant pressure system 2, holding a constant pressure, with which a certain flow velocity (0.05-0.3 m / s) is established in the fluid supply line to the heat converter 5, controlled by a flow meter 13, with a specific value speeds are determined by the measurement conditions (e.g. properties of the medium being analyzed), as well as the required values of the analyzer metrological indicators (parametric sensitivity, time constant, etc.). Then the flow along the hydraulic path of a constant cross section enters the input of the thermal converter 5, having a predetermined temperature provided by the thermostat 3 and the heat exchanger 4. In this case, an established (isothermal) flow regime with a parabolic velocity profile is created at the entrance of the converter 5 it is affected by a constant thermal perturbation created by an electric heater. 7 The results of this effect are manifested in the deformation of the velocity and temperature profiles. flow, leading to a change in the intensity of heat transfer in this zone, i.e. a change in the heat transfer coefficient oL, which in turn causes a change in temperature. flow and wall of the measuring tube- b. Sensitive elements 8 and 9 perceived the temperature difference dg, which determines the magnitude of the output signal; This is recorded by the measuring device 11. The graphs of the temperature difference / At as a function of the concentration of aqueous solutions of monoethanol N, obtained under the same conditions, but using different flow systems to the heat converter. When the flow is applied using a canister (curve I), the sensitivity to a change in concentration increases significantly as compared with the case when the flow is carried out by a system with a constant capacity, for example, a gear pump (curve 1). . The operation of the device is based on the dependence of the heat transfer coefficient oiL of a moving stream on its composition, provided that the flow rate is constant. A change in the composition of a liquid causes, in principle, a change in all of its thermophysical parameters, i.e. thermal conductivity, viscosity, density, and heat capacity. The nature of heat transfer in systems with a moving stream

т.е. значение ot, обуславливаетс комлглексным изменением перечисленныхthose. the value of ot is caused by a complex change of the listed

tJBOftCTB.tJBOftCTB.

Дл болыпого круга жидкостей, используемых в химических и смежных производствах, параметром, весьма существенно измен ющимс с изменением концентрации, вл етс в зкость. Изменение в зкости приводит к изменению гидродинамических характеристик потока и, как следствие, интен-. сивности теплообмена.For a wide range of fluids used in chemical and related industries, the parameter that changes very significantly with a change in concentration is viscosity. A change in viscosity leads to a change in the hydrodynamic characteristics of the flow and, consequently, in intensity. heat exchange rate.

В предлагаемом устройстве увеличение чувствительности достигаетс тем, что подачу потока в измерительную трубку б осуществл ют с помощью сист,емы 2 поддержани посто нного давлени , например напорного бачка, при этом полный напор в гидравлическом тракте анализатора будет зависет ( при прочих посто нных) от величины потерь напора на трение, определ емых (в соответствии с законом Гагена-Пуазейл ) зависимостьюIn the proposed device, the increase in sensitivity is achieved by the fact that the flow into the measuring tube b is carried out using a system that maintains a constant pressure, for example, a pressure tank, and the total pressure in the analyzer’s hydraulic path depends on pressure losses due to friction, determined (in accordance with the Hagen-Poiseuil law) by the dependence

Ь .32vevcp B .32vevcp

ТР (d2TR (d2

При заданной средн скорости потока и посто нных геометрических параметрах тракта потери напора определ ютс в зкостью жидкости, котора зависит от текущих значений состава анализируемого потока. Изменени в зкости привод т к пропорциональному изменению полного напора в гидравлическом тракте, а следовательно, и к изменению скорости в измерительной труке 6, представл кмцей собой посто нное гидравлическое сопротивление. Таким образом, увеличение чувствительности достигаетс за счет дополнительного измерени коэффициента теплоотдачи, определ емого yKasaHiOiiM . изменением ск фости потока.At a given average flow rate and constant geometric parameters of the path, the pressure loss is determined by the viscosity of the fluid, which depends on the current values of the composition of the analyzed flow. Viscosity changes lead to a proportional change in the total head in the hydraulic path, and consequently, to a change in speed in the measuring tube 6, which represents a constant hydraulic resistance. Thus, an increase in sensitivity is achieved by additional measurement of the heat transfer coefficient determined by yKasaHiOiiM. change in flow rate.

Расширение области применени предлагаемого устройства обеспечиваетс тем, что измерение температуры в тепловом преобразователе осуществл етс на начальном термическом участке, . в области с высоким значением удельного теплового потока , где интенсивность теплооввю а и градиенты температур наиболее высоки . В этих услови х вли ни свойстThe expansion of the field of application of the proposed device is ensured by the fact that the temperature measurement in the heat converter is carried out in the initial thermal region. in the region with a high specific heat flux, where the intensity of heat intake and temperature gradients are highest. Under these conditions, the influence of property

среды про вл етс наиболее существенно , в том числе вли ние в зкости и плотности. Указанные услови достигаютс тем, что нагреватель выполнен в виде обмотки с относительной длиной I- 2о , а измерение температуры 5 производитс с помощью термоприемников , располагаеьых в зоне активного нагрева, т.е. под нагревателем.the medium is most significant, including the effect of viscosity and density. These conditions are achieved by the fact that the heater is made in the form of a winding with a relative length I-2o, and the temperature measurement 5 is carried out using thermal receivers located in the active heating zone, i.e. under the heater.

Положительным эффектом также вл етс упрс цение конструкции тепло0 вого преобразовател за счет исключени необходимости изготовлени секционного нагревател .A positive effect is also to prevent the design of the heat converter by eliminating the need to manufacture a sectional heater.

Claims

1. Tkhorzhevsky V.P. Automatic analysis of gases and liquids in chemical plants. M., Himi, 1976, p. 272.

2. The author's certificate of the USSR 560172, cl. G 01 N 25/18, 1977

5Q (prototype).

4t / C