Измерение веществ тепловыми расходомерами
Проблема создания и совершенствования расходомеров, обладающих специфическими свойствами (агрессивность, нестационарность характеристик, высокая вязкость и другое), функционирующих в различного рода сложных условиях эксплуатации, несмотря на определенный прогресс, остается весьма актуальной.
Развитие бесконтактного теплового метода в направлении синтеза интеллектуальных многоканальных тепловых расходомеров позволило существенно повысить их метрологические характеристики при решении сложных задач измерения расхода. При создании таких многоканальных расходомеров использовались некоторые принципы теории инвариантности, в соответствии с которыми первичный измерительный преобразователь (ПИП) теплового расходомера должен обеспечивать организацию, как минимум двух каналов передачи первичной информации, помимо канала компенсации возмущающего воздействия (температуры потока вещества). Это является необходимым условием автономизации информации об измеряемой величине (расходе) и неинформативных величинах (изменяющихся свойствах веществ).
Предложены и реализованы две структуры многоканальных тепловых расходомеров (МТР), основанных на термоконвективных ПИП. В МТР первого типа организация каждого из каналов передачи первичной информации осуществляется с помощью отдельного термопреобразователя или оба канала базируются на комплексной информации, генерируемой одним термопреобразователем. На основе структуры второго рода синтезируются только меточные МТР. Реализация алгоритмов функционирования МТР предполагает использование широких возможностей вычислительной техники.
Создание МТР позволило снизить методическую погрешность измерения расхода вязких жидкостей. Для этого использовалась структура МТР первого типа. Так для расходомера мазута дополнительная погрешность измерения уменьшена в 5 раз. Существенно снижено влияние нестабильности свойств измеряемых потоков растворов жидкостей на показания меточного МТР, в котором использованы два контрольных участка измерения времени переноса метки (t).
Причем, на первом участке по ходу метки на информативную величину t влияет как значение объёмного расхода, так и свойства раствора (например, плотность), а на втором — величина t определяется только объёмным расходом (скоростью) раствора. Дифференциальное включение этих каналов позволило снизить погрешность измерения расхода растворов в условиях измерения их свойств на 1-1,25%.
Наряду с указанным направлением развития тепловых расходомеров постоянно совершенствовались структурные методы повышения их динамической точности. Разработаны методы адаптивной динамической коррекции по мгновенному значению выходного сигнала ПИП или темпу его изменения, при различных законах возмущений по расходу, реализованные на ЭВМ и обеспечившие повышение быстродействия тепловых расходомеров в 10-15 раз.
Совершенствование динамических (меточных) методов измерения включает исследования возможности уменьшения величин измеряемых расходов газов, а также расширения динамического диапазона измерения и создания методики определения градуировочной характеристики расчетным путем.
Экспериментальные исследования парциального расходомера показали, что его динамический диапазон увеличился более чем в 7 раз, что обеспечило измерение расхода воздуха в диапазоне 10-300 мл/с с приведенной погрешностью не превышающий 1,2%.
Количественно оценено влияние нестабильности таких неинформативных величин и факторов, как температура потока, окружающей среды, а также начальных параметров теплового импульса. Подтверждена перспективность организации двух каналов измерения генерируемых терморезисторами и соответственно измерение времени переноса метки между зонами установки этих терморезисторов. При этом минимизируется влияние указанных неинформативных величин. Тепловые расходомеры находят практическое применение для широкого спектра задач специфических измерений расхода, отмеченных выше, например, в химической, целюлозобумажной, электронной отраслях промышленности.