УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА Российский патент 1994 года по МПК G01F1/64 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения малых расходов жидкостей, в частности в расходомерах топлива в автомобилях.

Известны резонансные методы и средства измерения расхода [1], которые из-за отсутствия одновременной информации о температуре и сплошности не обеспечивают высокой точности измерения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является расходомер [2], содержащий противолежащие электроды с упругими гофрами и пластинами, закрепленные на поверхности диэлектрического трубопровода. В этом устройстве изменение емкости между двумя электродами используется для определения расхода контролируемой среды.

К недостатку этого расходомера следует отнести погрешность, обусловленную наличием газовых включений в потоке топлива.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения расхода топлива, содержащем измерительный участок трубопровода, емкостный датчик и средство компенсации, подключенные к измерительной схеме, измерительный участок трубопровода образован двумя частями, первая из которых выполнена в виде металлического цилиндрического проточного корпуса, жестко соединенного с металлическим стаканом с боковым отводом, емкостный датчик установлен на основании цилиндрического корпуса внутри металлического стакана с зазором относительно его дна, выполненного в виде восьмигранника с отверстиями в каждой из граней и с упругими пластинами, установленными с наружной стороны восьмигранника, средство компенсации выполнено в виде второй части измерительного участка трубопровода, состоящей из металлического цилиндрического проточного корпуса с закрепленным на его основании чувствительным элементом, снабженным продольными отверстиями, и металлическим стаканом с боковым подводом, установленным на корпусе с обеспечением зазора между его дном и торцом чувствительного элемента, а измерительная схема включает в себя первый и второй автогенераторы, выходы которых соединены с входами смесителя, выход которого через усилитель соединен с частотомером, при этом продольные оси первой и второй частей измерительного участка трубопровода параллельны друг другу.

Принцип действия устройства основан на использовании взаимодействия электромагнитных волн с электрофизическими параметрами (диэлектрической проницаемостью) измеряемого топлива и заключается в возбуждении высокочастотных колебаний в двух частях измерительного участка трубопровода и определении собственных резонансных частот обеих частей, связанных с мгновенным расходом, температурой и газовыми включениями в одной части и температурой и газовыми включениями - в другой. Оценка разности указанных частот дает возможность независимо от изменения температуры, диэлектрической проницаемости контролируемой среды и концентрации газовых включений в потоке топлива определить расход измеряемого топлива.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство для измерения расхода топлива содержит первую часть измерительного участка 1, включающую в себя металлический цилиндрический корпус с чувствительным элементом 2, имеющим на конце восьмигранную форму с радиальными отверстиями и упругими пластинами, перекрывающими эти отверстия, металлический стакан с боковым отводом 3, жестко соединенный с цилиндрическим корпусом первой части измерительного участка с зазором относительно его чувствительного элемента, первый автогенератор 4, подключенный к нему смеситель 5, усилитель 6, соединенный с его выходом частотомер 7, вторую часть измерительного участка 8, включающую в себя металлический цилиндрический корпус с чувствительным элементом 9, имеющим продольные отверстия, металлический стакан с боковым подводом 10, жестко соединенный с цилиндрическим корпусом второй части измерительного участка с зазором относительно его чувствительного элемента, и подключенный к входу смесителя второй автогенератор 11.

Устройство работает следующим образом.

Сверхвысокочастотным сигналом первого автогенератора 4 возбуждают электромагнитные колебания в полости, образованной между торцом чувствительного элемента металлического цилиндрического корпуса 2 и дном металлического стакана с боковым отводом 3 первой части измерительного участка. При резонансе на выходе первого автогенератора оценивают собственную резонансную частоту указанной полости, определяемую ее геометрическими размерами. Заполнение этой полости через радиальные отверстия указанного чувствительного элемента контролируемым топливом приводит к сдвигу частоты выходного сигнала первого автогенератора, связанной с диэлектрической проницаемостью εтоплива. С другой стороны при движении топлива по трубопроводу из-за избыточного давления перекрывающие отверстия пластины поднимаются с одного конца и вблизи восьмигранника чувствительного элемента будет иметь место уменьшение размера возбужденной электромагнитными колебаниями полости, что в свою очередь обусловливает изменение частоты f₁ на выходе первого автогенератора. В данном случае отключение перекрывающих пластин производится в зависимости от напора потока топлива и оценка его величины может быть использована для определения скорости потока в трубопроводе. Так как смещение чаcтоты f₁ при постоянном значении εизмеряемой среды и отсутствие других нежелательных факторов будут определяться только отклонением пластин, то его измерение даст возможность судить о скорости потока топлива.

В рассматриваемом случае для определения мгновенного расхода топлива Q можно записать
Q= K˙f₁, где К - постоянный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности трубопровода, по которому протекает измеряемая среда. Из зависимости видно, что для данного сечения трубопровода измерение расхода Q предусматривает определение скорости потока через резонансную частоту f₁.

В контролируемом потоке из-за дросселирования в системе подачи топлива имеет место наличие газовых включений, концентрацию которых необходимо учитывать при определении объемного расхода топлива. Концентрация в потоках жидких сред характеризуется сплошностью S[1], которая может изменяться от 0 (отсутствие потока в трубопроводе) до 1 (поток без газовых включений). Отсюда вытекает, что при известной зависимости S от ε влияние сплошности S на частоту f₁ через диэлектрическую проницаемость ε измеряемого топлива может оказаться нежелательным и привести к ошибке измерения. Кроме того, на точность измерения частоты f₁ повлияет еще и изменение температуры окружающей среды, приводящей к изменению параметра ε топлива.

Таким образом с учетом вышеизложенного получаем, что частота f₁, измеренная на выходе первого автогенератора, является функцией одновременно диэлектрической проницаемости ε измеряемой среды, температуры окружающей среды Т, сплошности S в потоке топлива и мгновенного расхода Q топлива, перекачиваемого по трубопроводу.

В устройствах для исключения зависимости частоты f₁ от ε , S и Т направляют измеряемую среду через соответствующее отверстие металлического стакана с боковым отводом 3 в металлический стакан с боковым подводом 10, который вместе с металлическим цилиндрическим корпусом с чувствительным элементом 2, имеющим продольные отверстия, предназначенные для направления потока к выходу трубопровода, образуют вторую часть (компенсационный канал) измерительного участка 8. После этого аналогично первой части измерительного участка возбуждают сверхвысокочастотным сигналом второго автогенератора 11 электромагнитные колебания в полости, образованной между торцом чувствительного элемента металлического цилиндрического корпуса 9 и дном металлического стакана с боковым поддоном 10. При резонансе на выходе второго автогенератора измеряют собственную резонансную частоту этой полости, определяемую ее геометрическими размерами (при отсутствии измеряемой среды). Для рассматриваемой полости при наличии в ней топлива частота f₂ на выходе второго автогенератора в отличие от частоты f₁ определяется параметрами S, ε и Т и зависит только от их изменений.

Из сопоставления частот f₁ и f₂ видно, что их вычитание даст возможность исключить влияние параметров ε , Т и S на результат измерения и тем самым обеспечить оценку расхода топлива без дестабилизирующих факторов. Для этого высокочастотные сигналы первого и второго автогенераторов с частотами f₁ и f₂ поступают на соответствующие входы смесителя 5. С выхода последующего сигнал с разностной частотой Δ f, связанной с расходом Q топлива, подается на вход усилителя 6. Далее выходной усиленный сигнал поступает в частотомер 7, в котором в цифровом виде отражается результат измерения расхода. При этом расход топлива не зависит от изменения температуры, диэлектрической проницаемости измеряемой среды и сплошности в потоке топлива.

Таким образом оценка разности резонансных частот двух частей измерительного участка трубопровода, работающих с использованием преобразования скорости потока через отклонение рабочих пластин в частоту и зависимостей частот от диэлектрической проницаемости, температуры и сплошности, позволяет определить расход топлива независимо от сортности измеряемого топлива.

Использование: в измерительной технике для измерения малых расходов жидкости, в частности расходов топлива в автомобилях. Сущность изобретения: устройство содержит измерительный участок трубопровода, одна часть которого выполнена в виде металлического цилиндрического пробочного корпуса, с емкостным датчиком, дно которого выполнено в виде восьмигранника с радиальными отверстиями на каждой грани и с упругими пластинами, установленными с его наружной стороны. Емкостный датчик закрыт металлическим стаканом с боковым отводом. Вторая часть измерительного участка трубопровода установлена параллельно первой и выполнена в виде проточного корпуса с чувствительным элементом и металлическим стаканом с боковым подводом. Емкостный датчик и чувствительный элемент соединены с измерительной схемой. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА, содержащее измерительный участок трубопровода, емкостный датчик, и средство компенсации, подключенные к измерительной схеме, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительный участок трубопровода образован двумя частями, первая из которых выполнена в виде металлического цилиндрического проточного корпуса, жестко соединенного с металлическим стаканом с боковым отводом, емкостный датчик установлен на основании цилиндрического корпуса внутри металлического стакана с зазором относительно его дна, выполненного в виде восьмигранника с отверстиями в каждой из граней и с упругими пластинами, установленными с наружной стороны восьмигранника, средство компенсации выполнено в виде второй части измерительного участка трубопровода, состоящей из металлического цилиндрического проточного корпуса с закрепленными на его основании чувствительным элементом, снабженным продольными отверстиями, и металлическим стаканом с боковым подводом, установленным на корпусе с обеспечением зазора между его дном и торцом чувствительного элемента, а измерительная схема включает в себя первый и второй автогенераторы, выходы которых соединены с входами смесителя, выход которого через усилитель соединен с частотомером, при этом продольные оси первой и второй частей измерительного участка трубопровода параллельны одна другой.