Устройство для анализа движущейсяжидкости

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

It АВТОИ:КОМУ СВ ИТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (is 817562 (61) Дополнительное к авт. сеид-ау (22) Заявлена 250179 (21) 2746588/18-25 (51)М. Кл.з с присоединением заявки М— ( (23) Приоритет

G 01 N 25/18

Государствеииый комитет

СССР по делвм изобретеиий и открытий

Опубликовано 300381 Ьюллетеиь 14912 () Ф(620 ° 179 ° 13 (088.8) Дата опубликоваиия описания 300 381 й.,"., A.Ä. узьмин

j- -, -

u ор ена инст тут ЕНЬАМ:)ЖИЛ (72) Авторы изобретения

T.Ô. Коваленко, Д. В.Беляев, С. Г. Андрианов и

Ленинградский ордена Октябрьской Революции

Трудового Красного Знамени технологический им. Ленсовета (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ДВИЖУЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к приборостроению и может быть применено для автоматического анализа движущихся жидких потоков тепловым методом в условиях химических, нефтехимических

:и т.п. производств.

Известны устройства для анализа газовых потоков, содержащие трубопровод с расположенными в нем источниками тепла и термочувствительными элементами, измерякщими температуру потока до и после нагревателя (1).

"Однако эти устройства непригодны для анализа состава жидких потоков в силу существенного изменения вязкости и плотности жидкости от температуры, что приводит к образованию конвективных потоков в зоне нагрева, нарушакщих простую связь теплопроводности с составом жидкостей.

Для анализа состава жидких потоков наиболее пригодны устройства, использующие неконтактные элементы, располагаемые на стенке измерительной трубки, поскольку при этом обеспечивается возможность создания ламинарыой (слоистой) структуры в зоне измерения, что в свою очередь позволяет в ряде случаев отыскать необходимле закономерности, связывающие выходной сигнал преобразователя с изменением состава.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для анализа движущейся жидкости, в частности таких ее параметров, как теплопроводность Х и температуропроводность а движущейся жидкости, в котором при помощи насоса прокачивается жидкость с известной . скоростью, регистрируемой расходомером, в термостат и теплообменник, при этом жидкость приобретает постоянную температуру, после чего посту15 пает в измерительную трубку теплового преобразователя, где температура исследуемой жидкости изменяется по определенному закону за счет тепла, .выделяемого секционным нагревателем

20 с общей относительной длиной — = 4йо, с размещенным на внещней поверхйости трубки, и подключенным к источнику стабилизированного питания. Свойства исследуемой среды, в частности тепло"

25 проводность Л и температуропроводность (е), определяют характер измене. ния температуры по длине обогреваемого участка, а также значение среднемассовой температуры, измеряемой

30 на выходе из преобразователя. Значе817562 поскольку здесь не учитывается зависимость характеристик побудителя по7

5 тока от состава анализируемой жидкости, ограниченная область применения, . поскольку при измерении не учитывается влияние вязкости потока, и сложность . конструкции, связанная с необходимостью из готовления секционного нагревателя.

Цель изобретения — поньыение чувствительности, расширение области применения и упрощение конструкций.

Поставленная цель достигается установлена система для поддержания постоянного напора, например бачок постоянного уровня, а тепловой преоб- 20 разователь выполнен и виде трубки с расположенными на ее внешней поверхности измерительными и компенсационными терморезисторами, образующими мостовую схему, подключенную к источ-, 5 тепловой преобразователь 5, представлякщий собой измерительную трубку 6> 5р

55 ходомер 13 и подключено к трубопрово-; ду (емкости) 14 с анализируемой средой, 65 ния Л и а н этом случае рассчитываются по эмпирическим найденнЫм зависимостям (2 ).

Недостатками этого устройства явля ются малая чувствительность измерения, тем, что между насосом и термостатом нику стабилизированного питания и измерительному прибору, причем измерительные терморезисторы размещены под нагревателем, имекщим.одну обмотку длиной (10-15)d, где d - внутренний диаметр измерительной трубки, установленным на трубке и связанным со стабилизированным источником питания.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 график зависимости средней температуры стенки теплового преобразовате ля от изменения состава потока.

Кривая Т получена при подаче потока в преобразователь с помощью системы поддержания постоянного давления (например напорного бачка), а кривая ) — с помощью насоса постоянной производительности (например шестеренчатого насоса).

Устройство содержит насос 1, систему 2 поддержания постоянного давления, термостат 3, теплообменник 4, на которой установлены электрический на еватель 7 постоянной мощности, из рительные 8 и компенсационные 9 чу твительные элементы, подключенные по мостовой схеме к источнику 10 стабилизированного питания и измерительному прибору 11. Измерительная трубка, защищена от внешних воздействий 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, Кроме того, устройство содержит рас30

Устройство работает следующим образом.

Исследуемую жидкость, отбираемую из трубопровода (емкости) 14 насосом

1, прокачивают через систему 2 поддержания постоянного данления, с помощью которой н линии подачи жидкости н тепловой преобразователь 5 устанавливается определенная скорость днижения потока (0,05 — 0,3 м/с), контролируемая расходомером 13, причем конкретная величина скорости определяется условиями измерения (например свойствами анализируемой среды), а также требуемыьы значениями метрологических показателей анализатора (параметрической чувствительностью, постоянной времени и др.).

Затем поток по гидравлическому тракту постоянного сечения поступает на вход теплового преобразователя 5, имея заданную температуру, обеспечиваемую термостатом 3 и теплообменником 4. При этом на входе в преобразователь 5 создается установившийся (изотермический) режим течения с параболическим профилем скорости.При поступлении потока н преобразователь

5 на него воздействует постоянное теплоное возмущение, создаваемое электрическим нагревателем 7, Результаты этого воздействия проявляются в деформации профилей скорости и температуры потока, приводящие к изменению интенсивности теплообмена н этой зоне, т.е. изменению коэффициента теплоотдачи а, что в свою очередь вызывает изменение температуры потока и стенки измерительной трубки 6. .Чувствительные элементы 8 и 9 воспринимают перепад температур де, определяющий величину выходного сигнала преобразователя.5, который регистрируется измерительным прибором 11.

Графики зависимости перепада температур;де от концентрации водных растворов моноэтаноламина, полученные при одних и тех же условиях, но при использовании различных систем подачи потока в тепловой преобразователь. При подаче потока с помощью напорного бачка (кривая 1 ) чувстви-: тельность к изменению концентрации существенно возрастает по сравнению со случаем, когда подачу потока осуществляют системой с постояной производительностью, например шестеренчатым насосом (кривая $ ).

Работа устройства основана на зависимости коэффициента теплоотдачи

gt. движущегося потока от его состава при условии, что скорость потока. постоянна.

Изменение состава, жидкости вызывает в принципе изменение всех его теплофизических параметров, т.е. теплопроводности, вязкости, плотности и теплоемкости. Характер теплообмена в системах с движущимся потоком

817562 т.е. значение М, обуславливается ком( тлексным изменением перечисленных войств.

Для большого круга жидкостей, используемых в химических и смежных производствах, параметром, весьма существенно изменяющимся с изменением концентрации, является вязкость.

Изменение вязкости приводит к изменению гидродинамических характеристик потока и, как следствие, интен-.. сивности теплообмена.

В предлагаемом устройстве увеличение чувствительности достигается тем, что подачу потока в измерительную трубку 6 осуществляют с помощью системы 2 поддержания постоянного 15 давления, например напорного бачка, при этом полный напор в гидравлическом тракте анализатора будет зависеть (при прочих постоянных) от величины потерь напора на трение, определяе- 2О мых (в соответствии с законом Гагена-Пуаз ейля) з ависимостью 2ЯУщ

ТР д2

При заданной средней скорости потока д и постоянных геометрических параметрах тракта потери напора определяются вязкостью жидкости, которая эави сит от текущих значений состава анализируемого потока. Изменения вязкос- З® ти приводят к пропорциональному изменению полного напора в гидравлическом тракте, а следовательно, и к изменению скорости в измерительной трубке 6, представляющей собой постоянное гидравлическое сопротивление.

Таким образом, увеличение чувствительности достигается за счет дополнительного измерения коэффициента теплоотдачи, определяемого укаэанным ,изменением скорости потока . 4ч

Расширение области применения предлагаемого устройства обеспечивается тем, что измерение температуры в тепловом преобразователе осуществляется на начальном термическом 45 участке, т. е. в области с высоким значением удельного теплового потока, где интенсивность теплообееена и градиенты температур наиболее высОки В этих услОвиях Влияния сВОЙств gp среды проявляется наиболее существенно, в том числе влияние вязкости и плотности. Указанные условия достигаются тем, что нагреватель выполнен в ви е обмотки с относительной длиной — (2О а измерение температуры б производится с помощью термоприемников, располагаеьых в зоне активного нагрева, т. е. под нагревателем. .Положительным эффектом также является упрощение конструкции теплового преобразователя эа счет исключения необходимости изготовления секционного нагревателя.

Формула изобретения

Устройство для анализа движущей жидкости, содержащее насос, термостат, теплообменник, тепловой преобразрватель, расходомер, источник стабилизированного питания и измерительный прибор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения чувствительности, расширения области применения и упрощения конструкции, между насосом и термостатом установлена система для поддержания постоянного напора, например бачок постоянного уровня, а тепловой преобразователь выполнен в виде трубки с .расположенныьы на ее внешней поверхности измерительными и компенсационными терморезисторами, образующими мостовую схему, подключенную к источнику стабилизированного питания и измерительному прибору, причем измерительные терморезисторы размещены под нагревателем, имеющем одну обмотку длиной (10-15)4, где

d — внутренний диаметр измерительной трубки, установленным на трубке и связанным со стабилизированным источником питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тхоржевский В.П. Автоматический анализ газов и жидкостей на химических предприятиях. М., "Химия", 1976 с. 272.

2. Авторское свидетельство СССР

М 560172, кл. G 01 и 25/18, 1977 (прототип) .

817562

Pua f

Составитель B. Гусева

Редактор Ю. Ковач Техред Й. Ковалева

Корректор&. Бутяга м ъ, Заказ 1321/57 Тираж 907 Под пи с но е

ВНИИПИ Государственного коьктета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4