[go: up one dir, main page]

RU2841719C1 - Device for measuring low liquid flow rates - Google Patents

Device for measuring low liquid flow rates Download PDF

Info

Publication number
RU2841719C1
RU2841719C1 RU2024139406A RU2024139406A RU2841719C1 RU 2841719 C1 RU2841719 C1 RU 2841719C1 RU 2024139406 A RU2024139406 A RU 2024139406A RU 2024139406 A RU2024139406 A RU 2024139406A RU 2841719 C1 RU2841719 C1 RU 2841719C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capillary tube
differential pressure
pressure sensor
flow rates
pipelines
Prior art date
Application number
RU2024139406A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Григорий Викторович Сумин
Николай Павлович Смирнов
Игорь Сергеевич Надеждин
Александр Александрович Денисевич
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2841719C1 publication Critical patent/RU2841719C1/en

Links

Abstract

FIELD: measuring.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment, namely to measurement of volumetric flow rates of liquid and can be used in production processes of nuclear and chemical industry. Device for measuring low flow rates has a capillary tube made from stainless steel, the middle part of which is made in form of a spiral and is placed in a sealed casing. Inlet and outlet of the capillary tube are connected by pipelines through the first and second T-bends and through the first and second shut-off valves to corresponding outlets of the chambers of the differential pressure sensor. Differential pressure transducer chamber inlets are connected via pipelines via first, second solenoid valves and third T-bend with tank filled with parting fluid. Pump, first and second solenoid valves and differential pressure sensor are connected to a controller which is connected to a computer. Distilled water or nitric acid is used as parting fluid.
EFFECT: wider range of measurement equipment.
2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области измерения объёмных расходов жидкости и может быть использовано в производственных процессах атомной и химической промышленности.The invention relates to the field of measurement technology, namely to the field of measuring volumetric flow rates of liquids and can be used in production processes in the nuclear and chemical industries.

Известно устройство для измерения малых расходов жидкости, [JP 4825254 В2, МПК G01 F1/48, опубл. 30.11.2011], выбранное в качестве прототипа, содержащее капиллярную трубку из нержавеющей стали, датчик дифференциального давления и контроллер. Данное устройство разделено на 3 блока по функциональному значению: основной блок, который монтируется в измерительный трубопровод; блок измерения давления, в котором расположены датчики дифференциального давления, измеряющие перепад давления на концах капиллярной трубки; капиллярный блок, в котором расположена капиллярная трубка. При протекании контролируемой жидкости через основной блок по капиллярной трубке на её концах возникает перепад давления, который измеряется блоком измерения давления. Измеренный перепад передаётся на контроллер и по закону Пуазёйля рассчитывают объёмный расход.A device for measuring small liquid flow rates is known [JP 4825254 B2, IPC G01 F1/48, published 30.11.2011], selected as a prototype, containing a stainless steel capillary tube, a differential pressure sensor and a controller. This device is divided into 3 blocks by functional significance: the main block, which is mounted in the measuring pipeline; the pressure measuring block, in which the differential pressure sensors are located, measuring the pressure drop at the ends of the capillary tube; the capillary block, in which the capillary tube is located. When the controlled liquid flows through the main block along the capillary tube, a pressure drop occurs at its ends, which is measured by the pressure measuring block. The measured drop is transmitted to the controller and the volumetric flow rate is calculated according to Poiseuille's law.

При измерении с помощью этого устройства происходит непосредственный контакт измеряемой жидкости с чувствительными элементами (тензорезисторами, пьезорезисторами, ёмкостными ячейками) датчика дифференциального давления, что существенно снижает срок эксплуатации как самого датчика, так и всего устройства в целом, в случаях, когда измеряемая жидкость является радио и/или химически активной.When measuring with this device, there is direct contact between the measured liquid and the sensitive elements (strain gauges, piezoresistors, capacitive cells) of the differential pressure sensor, which significantly reduces the service life of both the sensor itself and the entire device in cases where the measured liquid is radio and/or chemically active.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является расширение арсенала технических средств измерения малых расходов жидкости.The technical result that the present invention is aimed at achieving is the expansion of the arsenal of technical means for measuring small liquid flow rates.

Предложенное устройство для измерения малых расходов, так же как в прототипе, содержит капиллярную трубку из нержавеющей стали и датчик дифференциального давления, который соединен с контроллером.The proposed device for measuring small flows, as in the prototype, contains a stainless steel capillary tube and a differential pressure sensor, which is connected to a controller.

Согласно изобретению, средняя часть капиллярной трубки выполнена в виде спирали и размещена в герметичном кожухе. Вход и выход капиллярной трубки соединены трубопроводами через первый и второй тройники и через первый и второй запорные краны с соответствующими выходами камер датчика дифференциального давления. Входы камер датчика дифференциального давления через первый, второй электромагнитные клапаны и третий тройник соединены трубопроводами с баком, наполненным разделительной жидкостью. Насос, первый и второй электромагнитные клапаны соединены с контроллером, который связан с компьютером.According to the invention, the middle part of the capillary tube is made in the form of a spiral and is placed in a sealed casing. The input and output of the capillary tube are connected by pipelines through the first and second tees and through the first and second shut-off valves with the corresponding outputs of the differential pressure sensor chambers. The inputs of the differential pressure sensor chambers through the first, second electromagnetic valves and the third tee are connected by pipelines to a tank filled with a separating liquid. The pump, the first and second electromagnetic valves are connected to a controller, which is connected to a computer.

В качестве разделительной жидкости использована дистиллированная вода или азотная кислота.Distilled water or nitric acid was used as a separating liquid.

По сравнению с прототипом предложенное устройство исключает контакт контролируемой жидкости с чувствительными элементами датчика дифференциального давления.Compared with the prototype, the proposed device eliminates contact between the controlled liquid and the sensitive elements of the differential pressure sensor.

На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства для измерения малых расходов жидкости. Fig. 1 shows a diagram of the proposed device for measuring small liquid flow rates.

На фиг. 2 показан график зависимости объёмного расхода жидкости от перепада давления на концах капиллярной трубки.Fig. 2 shows a graph of the dependence of the volumetric flow rate of liquid on the pressure drop at the ends of the capillary tube.

В таблице 1 (см. в графической части) представлены значения расхода контролируемой жидкости, измеренного с помощью расходомера Bronkhorst CORI-FLOW M13 и измеренного с помощью предложенного устройства.Table 1 (see in the graphic section) shows the flow rates of the controlled liquid measured using the Bronkhorst CORI-FLOW M13 flow meter and measured using the proposed device.

Устройство для измерения малых расходов жидкости содержит шкаф управления 1 (ШУ), в нижней части которого расположен перистальтический насос 2, соединенный трубопроводами через третий тройник 3 с первым 4 и вторым 5 электромагнитными клапанами, каждый из которых соединен с входом соответствующей камеры датчика дифференциального давления 6 и с программируемым логическим контроллером 7 (ПЛК). Датчик дифференциального давления 6 и перистальтический насос 2 соединены с программируемым логическим контроллером 7 (ПЛК), который соединен с персональным компьютером 8 (ПК). Выходы камер датчика дифференциального давления 6 соединены трубопроводами 9 с первым 10 и вторым 11 запорными кранами, вмонтированными в нижнюю стенку шкафа управления 1 (ШУ). The device for measuring small liquid flow rates comprises a control cabinet 1 (CC) in the lower part of which a peristaltic pump 2 is located, connected by pipelines through a third tee 3 with the first 4 and second 5 electromagnetic valves, each of which is connected to the input of the corresponding chamber of the differential pressure sensor 6 and to a programmable logic controller 7 (PLC). The differential pressure sensor 6 and the peristaltic pump 2 are connected to the programmable logic controller 7 (PLC), which is connected to a personal computer 8 (PC). The outputs of the chambers of the differential pressure sensor 6 are connected by pipelines 9 with the first 10 and second 11 shut-off valves mounted in the lower wall of the control cabinet 1 (CC).

Перистальтический насос 2 соединен трубопроводом с баком 12 (Б), наполненным разделительной жидкостью, в качестве которой может быть использована или дистиллированная вода, или растворитель, подходящий для конкретного процесса (например, азотная кислота). Бак 12 (Б), наполненный разделительной жидкостью, установлен рядом со шкафом управления 1 (ШУ).Peristaltic pump 2 is connected by a pipeline to tank 12 (B) filled with separating liquid, which can be either distilled water or a solvent suitable for a specific process (e.g. nitric acid). Tank 12 (B) filled with separating liquid is installed next to control cabinet 1 (CC).

Первый 10 запорный кран через первый тройник 13 трубопроводом соединен со входом капиллярной трубки 14, средняя часть которой выполнена в виде спирали и размещена в герметичном кожухе 15. Капиллярная трубка 14 выполнена из нержавеющей стали.The first 10 shut-off valve is connected via the first tee 13 by a pipeline to the input of the capillary tube 14, the middle part of which is made in the form of a spiral and is placed in a sealed casing 15. The capillary tube 14 is made of stainless steel.

Вход капиллярной трубки предназначен для соединения через первый тройник 13 с измерительным трубопроводом 16.The capillary tube input is intended for connection through the first tee 13 with the measuring pipeline 16.

Второй 11 запорный кран через второй тройник 17 соединен с выходом капиллярной трубки 14. Выход капиллярной трубки предназначен для соединения через второй тройник 17 с измерительным трубопроводом 16.The second 11 shut-off valve is connected via the second tee 17 to the outlet of the capillary tube 14. The outlet of the capillary tube is intended for connection via the second tee 17 to the measuring pipeline 16.

Перед измерением расхода жидкости с помощью персонального компьютера 8 (ПК) в память программируемого логического контроллера 7 (ПЛК) в соответствующие регистры вносят числовые значения, определяющие время промывки соединительных трубопроводов 9, камер датчика дифференциального давления 6, время между этими промывками, а также значения внутреннего диаметра d, длины L капиллярной трубки 14 и динамическую вязкость жидкости η. Before measuring the liquid flow rate using a personal computer 8 (PC), numerical values are entered into the corresponding registers of the programmable logic controller 7 (PLC) memory, determining the flushing time of the connecting pipelines 9, the chambers of the differential pressure sensor 6, the time between these flushes, as well as the values of the internal diameter d , the length L of the capillary tube 14 and the dynamic viscosity of the liquid η.

Затем по команде программируемого логического контроллера 7 (ПЛК) включают перистальтический насос 2 и открывают на заданное оператором время первый 4 и второй 5 электромагнитные клапаны, вследствие чего разделительная жидкость из бака 12 (Б) заполняет камеры датчика дифференциального давления 6 и трубопроводы 9, соединяющие датчик дифференциального давления 6 и капиллярную трубку 14.Then, on command from the programmable logic controller 7 (PLC), the peristaltic pump 2 is turned on and the first 4 and second 5 electromagnetic valves are opened for a time specified by the operator, as a result of which the separating liquid from the tank 12 (B) fills the chambers of the differential pressure sensor 6 and the pipelines 9 connecting the differential pressure sensor 6 and the capillary tube 14.

После этого по команде программируемого логического контроллера 7 (ПЛК) закрывают первый 4 и второй 5 электромагнитные клапаны, и выключают перистальтический насос 2.After this, on command from the programmable logic controller 7 (PLC), the first 4 and second 5 electromagnetic valves are closed, and the peristaltic pump 2 is turned off.

При протекании контролируемой жидкости по измерительному трубопроводу 16 через первый тройник 13 по капиллярной трубке 14 и через второй тройник 17 между входом и выходом капиллярной трубки 14 возникает перепад давления, который по трубопроводам 9 через первый 10 и второй 11 запорные краны передаётся к камерам датчика дифференциального давления 6, который передаёт измеренный перепад давления программируемому логическому контроллеру 7 (ПЛК). Программируемый логический контроллер 7 (ПЛК) пересчитывает значение перепада давления в значение расхода контролируемой жидкости.When the controlled liquid flows through the measuring pipeline 16 through the first tee 13 along the capillary tube 14 and through the second tee 17 between the input and output of the capillary tube 14, a pressure differential arises, which is transmitted through the pipelines 9 through the first 10 and second 11 shut-off valves to the chambers of the differential pressure sensor 6, which transmits the measured pressure differential to the programmable logic controller 7 (PLC). The programmable logic controller 7 (PLC) recalculates the pressure differential value into the flow rate of the controlled liquid.

Значение объёмного расхода контролируемой жидкости Q определяют из следующего выражения:The value of the volumetric flow rate of the controlled liquid Q is determined from the following expression:

где ΔP - перепад давления, измеренный датчиком дифференциального давления 6;where Δ P is the pressure difference measured by the differential pressure sensor 6;

L - длина капиллярной трубки 14 (от первого тройника 13 до второго тройника 17, включая среднюю часть в развёрнутом виде); L - length of capillary tube 14 (from the first tee 13 to the second tee 17, including the middle part in the expanded form);

d - внутренний диаметр капиллярной трубки 14; d - internal diameter of capillary tube 14;

η - динамическая вязкость контролируемой жидкости; η - dynamic viscosity of the controlled liquid;

a, b - коэффициенты, полученные в результате аппроксимации полиномом второго порядка с помощью метода наименьших квадратов, экспериментальных данных полученной зависимости расхода от перепада давления, для капиллярной трубки 14, заданного внутреннего диаметра d, длины L и заданного диаметра намотки. a, b - coefficients obtained as a result of approximation by a second-order polynomial using the least squares method of the experimental data of the obtained dependence of the flow rate on the pressure drop, for a capillary tube 14, a given internal diameter d , length L and a given winding diameter.

Определенное таким образом значение расхода контролируемой жидкости передают в персональный компьютер 8 (ПК).The flow rate of the controlled liquid determined in this way is transmitted to the personal computer 8 (PC).

В лабораторных испытаниях использовали капиллярную трубку длиной 6 м и внутренним диаметром 2 мм. В качестве контролируемой жидкости использовали дистиллированную воду с коэффициентом динамической вязкости 8,9⋅10-4 Па⋅с. Для сравнения измеренного расхода предложенным устройством использовали расходомер Bronkhorst CORI-FLOW M13. Измерили расход жидкости расходомером Bronkhorst CORI-FLOW M13, перепад давления предложенным устройством и получили зависимость расхода от перепада давления на концах капиллярной трубки 14. В результате аппроксимации полиномом второго порядка методом наименьших квадратов экспериментальных данных на фиг. 2 получили следующие значения коэффициентов:A capillary tube 6 m long and 2 mm in internal diameter was used in laboratory tests. Distilled water with a dynamic viscosity coefficient of 8.9⋅10 -4 Pa⋅s was used as the controlled liquid. A Bronkhorst CORI-FLOW M13 flow meter was used to compare the measured flow rate with the proposed device. The liquid flow rate was measured with the Bronkhorst CORI-FLOW M13 flow meter, the pressure drop was measured with the proposed device, and the dependence of the flow rate on the pressure drop at the ends of the capillary tube 14 was obtained. As a result of the approximation of the experimental data in Fig. 2 by a second-order polynomial using the least squares method, the following coefficient values were obtained:

. .

В таблице 1 представлены значения расхода контролируемой жидкости, измеренного с помощью расходомера Bronkhorst CORI-FLOW M13 и измеренного предложенным устройством. Table 1 shows the flow rates of the controlled liquid measured using the Bronkhorst CORI-FLOW M13 flow meter and measured by the proposed device.

Среднее значение относительной погрешности измеренного с помощью предложенного устройства расхода контролируемой жидкости составило 7,57%.The average value of the relative error of the flow rate of the controlled liquid measured using the proposed device was 7.57%.

Claims (2)

1. Устройство для измерения малых расходов жидкости, содержащее капиллярную трубку из нержавеющей стали, датчик дифференциального давления и контроллер, отличающееся тем, что средняя часть капиллярной трубки выполнена в виде спирали и размещена в герметичном кожухе, при этом вход и выход капиллярной трубки соединены трубопроводами через первый и второй тройники и через первый и второй запорные краны с соответствующими выходами камер датчика дифференциального давления, входы камер которого через первый и второй электромагнитные клапаны и третий тройник соединены трубопроводами с баком, наполненным разделительной жидкостью, при этом насос, первый и второй электромагнитные клапаны соединены с контроллером, который связан с компьютером.1. A device for measuring small liquid flow rates, comprising a stainless steel capillary tube, a differential pressure sensor and a controller, characterized in that the middle part of the capillary tube is made in the form of a spiral and is placed in a sealed casing, wherein the inlet and outlet of the capillary tube are connected by pipelines through the first and second tees and through the first and second shut-off valves with the corresponding outlets of the chambers of the differential pressure sensor, the inlets of the chambers of which are connected by pipelines through the first and second electromagnetic valves and the third tee to a tank filled with a separating liquid, wherein the pump, the first and second electromagnetic valves are connected to a controller, which is connected to a computer. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве разделительной жидкости использована дистиллированная вода или азотная кислота.2. The device according to item 1, characterized in that distilled water or nitric acid is used as the separating liquid.
RU2024139406A 2024-12-25 Device for measuring low liquid flow rates RU2841719C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2841719C1 true RU2841719C1 (en) 2025-06-16

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1278584A1 (en) * 1984-12-10 1986-12-23 Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Device for measuring small flows
RU2128327C1 (en) * 1997-04-04 1999-03-27 Анкудинова Ольга Вадимовна Device measuring flow rate of gas carrier in capillary gas chromatography
JP4825254B2 (en) * 2008-10-27 2011-11-30 株式会社堀場エステック Differential pressure flow meter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1278584A1 (en) * 1984-12-10 1986-12-23 Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Device for measuring small flows
RU2128327C1 (en) * 1997-04-04 1999-03-27 Анкудинова Ольга Вадимовна Device measuring flow rate of gas carrier in capillary gas chromatography
JP4825254B2 (en) * 2008-10-27 2011-11-30 株式会社堀場エステック Differential pressure flow meter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Сумин Г.В., Денисевич А.А., Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Разработка системы измерения малых расходов радиоактивных жидкостей радиохимических производств. Известия высших учебных заведений. Физика. 2021, т. 64, N 2/2, с. 106-112. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109708707B (en) Gas flow measuring device and measuring method
CN107976223B (en) High-precision leakage amount detection device
CN104034644B (en) A kind of can the heterogeneous percolating medium triaxial stress seepage flow coupling test device of Quick Measurement porosity
CN104359819A (en) Low-permeability tight core gas-water relative permeability measurement device and measurement method
CN207181344U (en) An experimental system for calibrating the water-cut curve of the water-cut analyzer by the electric characteristic method
CN108119132B (en) Apparatus and method for simulating water saturation in radial seepage of tight sandstone gas reservoirs near wellbore
CN107063413B (en) Static standard weighing device and method for fluid medium of high-pressure closed system
JP2007525638A (en) Measurement of fluid volume in a container using pressure
RU2841719C1 (en) Device for measuring low liquid flow rates
CN208076347U (en) Rock Permeability and Compressibility Coefficient Measuring Device
CN103674800B (en) A kind of measurement mechanism of hyposmosis rock sample permeability and measuring method thereof
CN205262537U (en) Measure device of irregular solid volume
US11360013B2 (en) Double-capillary viscometer for measuring viscosity of acid natural gas
RU2378638C2 (en) Density metre-flow metre of fluid media
CN116357277B (en) A novel CO2 and crude oil miscible pressure testing and displacement system and method
CN217505575U (en) Rock stress sensitivity testing device
RU2289796C2 (en) Device for calibrating well flow meters (variants)
CN109900590B (en) A method for measuring liquid holdup of gas-liquid two-phase flow pipeline
RU73485U1 (en) DENSITY-FLOW METER FLUID
CN209841140U (en) Flow verification device
RU2807432C1 (en) Multiphase flowmeter calibration method
CN119845817B (en) A device and method for measuring high pressure and small flow in physical simulation experiments in gas reservoirs
RU164946U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PARAMETERS OF LOW-VISCOUS AND VISCOUS FLUIDS IN A PIPELINE
US12209895B2 (en) Inlet dividers having a plurality of analyzing and production apertures for analyzing multiphase production fluid as well as systems incorporating the same
JPH06174534A (en) Piston prover