ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА ЖИДКОСТИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК G01F1/38 G01F3/14 

Изобретение относится к технике измерения расхода и предназначено для измерения объемного расхода жидкого топлива двигателем внутреннего сгорания автомобиля.

Известен измеритель объемного расхода жидкости [1] основанный на измерении времени перемещения поршня внутри измерительной камеры. Преобразователь содержит измерительную камеру, выполненную в виде цилиндрической трубы, перемещающийся в ней поршень, управляемый клапан (золотник), а также входной и выходной патрубки. Кроме того, преобразователь содержит датчики крайних положений поршня, выполненные в виде магнитоуправляемых контактов, срабатывающих при приближении постоянного магнита, встроенного в поршень. Приводом клапана (золотника) служит реверсивный электродвигатель, приводимый в действие от блока управления, на вход которого поступают электрические сигналы от упомянутых магнитоуправляемых контактов (датчиков). При достижении поршнем крайнего положения соответствующий датчик выдает сигнал на блок управления, он приводит в действие реверсивный двигатель, который переводит клапан в противоположное состояние. При этом переключается направление измеряемого потока жидкости в цилиндре измерительной камеры. При достижении поршнем противоположного крайнего положения происходит обратное переключение клапана и процессы повторяются. Интервалы времени между срабатываниями концевых контактов (датчиков) являются мерой расхода и преобразуются измерительным блоком в отображаемые на индикаторе показания расхода.

Значительная сложность конструкции, большие габариты и вес описанного преобразователя делают затруднительным применение его, например, в легковом автомобиле.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является измерительный преобразователь расхода [2] В этом преобразователе измерительным является только прямой ход поршня, а на время его возврата в исходное состояние открывается дополнительный канал прохождения жидкости (газа) в обход преобразователя.

Преобразователь расхода включает в себя измерительную камеру, представляющую собой цилиндрическую трубу, свободно перемещающийся в ней поршень, управляемый клапан, входной и выходной патрубки. Кроме того, преобразователь содержит обводной канал, перекрываемый задвижкой и включаемый параллельно измерительной камере двумя патрубками с задвижками, а также вентили. Поршень вводится в измерительную камеру и перемещается вдоль нее под действием потока. С помощью фотоэлектрических детекторов осуществляется измерение времени прохождения поршнем контрольного пути L, которое преобразуется измерительным блоком в показание расхода.

Описанный преобразователь характеризуется сложностью конструкции и большими габаритами и весом, что обуславливается наличием большого количества механических устройств (задвижек, вентилей) и расположенного рядом с измерительной камерой обводного трубопровода,
Целью изобретения является создание такой конструкции измерительного преобразователя расхода жидкости, которая позволит уменьшить его габариты и вес и использовать для измерения расхода жидкого топлива двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля.

Цель достигается благодаря тому, что в измерительном преобразователе расхода, включающем измерительную камеру, выполненную в виде цилиндрической трубы, расположенный в ней поршень, управляемый клапан, входной и выходной патрубки, измерительная камера выполнена из ферромагнитного материала, помещена в цилиндрический корпус с возможностью продольного перемещения и фиксирована в поперечном направлении, образуя относительно корпуса цилиндрический коаксиальный зазор. Клапан выполнен в виде цилиндрической трубы из ферромагнитного материала и расположен внутри корпуса на скользящей посадке соосно с измерительной камерой и перед ней относительно направления потока. Корпус выполнен их неферромагнитного материала и помещен внутрь катушки, причем ее магнитные силовые линии направлены вдоль измеряемого потока жидкости.

Фиксатор поперечного положения измерительной камеры может быть выполнен, например, в виде продольных ребер, закрепленных по внешним образующим измерительной камеры или внутренним образующим корпуса.

Фиксатор поперечного положения измерительной камеры может быть выполнен также в виде обоймы с продольными ребрами, расположенными в зазоре между измерительной камерой и корпусом. Преобразователь содержит также ограничители продольных перемещений измерительной камеры, поршня и клапана.

Ограничитель прямого продольного перемещения измерительной камеры может быть выполнен, например, в виде внутренних выступов на ребрах обоймы. Ограничитель прямого продольного перемещения поршня может быть выполнен, например, в виде поперечного штифта в измерительной камере.

Ограничители обратного продольного перемещения измерительной камеры и поршня и прямого продольного перемещения клапана могут быть выполнены, например, в виде одного элемента, представляющего собой кольцевую диафрагму, установленную между клапаном и измерительной камерой, при этом наружный диаметр диафрагмы меньше, чем внутренний диаметр корпуса, а ее внутренний диаметр меньше, чем диаметр поршня.

Ограничители продольных перемещений измерительной камеры и клапана могут быть выполнены также, например, в виде выступающих из этих деталей концов штифтов, входящих в соответствующие пазы обоймы и корпуса. Ограничитель прямого продольного перемещения поршня может быть выполнен также, например, в виде выступа внутри измерительной камеры.

Цель достигается также благодаря тому, что в измерительном преобразователе расхода, включающем измерительную камеру, выполненную в виде цилиндрической трубы, расположенный в ней поршень, управляемый клапан, входной и выходной патрубки, измерительная камера выполнена из неферромагнитного материала и помещена внутрь катушки, магнитные силовые линии которой направлены вдоль измеряемого потока жидкости. Поршень выполнен в виде цилиндрической трубы из ферромагнитного материала. Клапан выполнен в виде сплошного цилиндра из ферромагнитного материала, расположен в измерительной камере после поршня относительно направления измеряемого потока жидкости и фиксирован в поперечном направлении с возможностью перемещения в продольном направлении. Диаметр клапана меньше диаметра измерительной камеры, но больше внутреннего диаметра поршня. Внутри измерительной камеры имеются ограничитель прямого продольного перемещения поршня и фиксатор поперечного положения клапана.

Ограничитель прямого продольного перемещения поршня может быть выполнен, например, в виде штифтов в измерительной камере. Фиксатор поперечного положения клапана может быть выполнен, например, в виде продольных ребер, закрепленных по образующим клапана.

Фиксатор поперечного положения клапана может быть выполнен также, например, в виде обоймы с продольными ребрами, расположенными в зазоре между клапаном и измерительной камерой. Длина ребер обоймы превышает длину клапана. Нижний торец клапана может быть выполнен конусообразным, а соприкасающаяся с ним внутренняя кромка поршня может иметь фаску.

На фиг. 1 изображен измерительный преобразователь расхода жидкости по первому варианту, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображен измерительный преобразователь расхода жидкости по второму варианту, поперечный разрез; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3.

Пример конкретной реализации преобразователя по первому варианту.

Преобразователь (фиг. 1,2) содержит измерительную камеру 1, выполненную из ферромагнитного материала в виде цилиндрической трубы, расположенный в нем поршень 2, управляемый клапан 3, выполненный из ферромагнитного материала в виде цилиндрической трубы и расположенный перед измерительной камерой соосно с ней. Измерительная камера 1 и клапан 3 помещены в цилиндрический неферромагнитный корпус 4, имеющий входной 5 и выходной 6 патрубки. Между измерительной камерой 1 и корпусом 4 за счет разницы их диаметров образован зазор а, в котором измерительная камера 1 зафиксирована в поперечном направлении с возможностью свободного продольного перемещения. Фиксатор поперечного положения измерительной камеры 1 выполнен в виде обоймы 7, ребра которой расположены в зазоре а. Клапан 3 установлен в корпусе 4 на скользящей посадке. Ограничителями продольных перемещений подвижных элементов конструкции преобразователя являются: прямого перемещения поршня 2 кольцевой выступ 8 внутри верхней части измерительной камеры 1; обратного перемещения поршня 2, обратного перемещения измерительной камеры 1 и прямого перемещения клапана 3 кольцевая диафрагма 9, закрепленная в нижней части ребер обоймы 7 между измерительной камерой 1 и клапаном 3; прямого перемещения измерительной камеры 1 выступы внутри верхней части ребер обоймы 7. Корпус 4 преобразователя помещен в катушку, витки которой условно показаны поз.10.

Преобразователь расхода работает следующим образом. В исходном состоянии тока в катушке 10 нет, а все подвижные элементы конструкции преобразователя измерительная камера 1, поршень 2 и клапан 3 находятся в положениях, соответствующих фиг. 1, т.е. за счет вертикального рабочего положения преобразователя перемещены вниз до соответствующих ограничителей под действием силы тяжести. При этом состоянии преобразователя жидкость проходит через входной патрубок 5, через внутреннюю полость клапана 3, обтекает измерительную камеру 1 по коаксиальному обводному каналу, образованному зазором а между измерительной камерой 1 и корпусом 4, через верхнее отверстие обоймы 7 в выходной патрубок 6. На фиг. 1 путь прохождения жидкости в исходном состоянии преобразователя показан стрелками. Соотношения всех размеров выбраны так, что при максимальном измеряемом расходе динамическое давление жидкости снизу на поршень 2 не превышает его силы тяжести и поршень 2 остается в исходном положении. Начало измерения определяется моментом подачи тока в катушку 10 от блока управления. При этом измерительная камера 1 и клапан 3 намагничиваются в магнитном поле катушки 10 и притягиваются друг к другу через кольцевую диафрагму 9. Клапан 3 поднимается и перекрывает путь жидкости по обводному каналу а.

Под действием давления жидкости поршень 2 поднимается, перемещаясь на величину измерительного пути и, дойдя до ограничителя 8, отрывает измерительную камеру 1 от диафрагмы 9 и клапана 3. Возникающее в момент отрыва измерительной камеры 1 изменение магнитного поля катушки 10 генерирует в ней импульс ЭДС. Этот импульс усиливается в блоке управления и используется как сигнал отключения катушки. После исчезновения магнитного поля подвижные элементы под действием силы тяжести возвращаются в исходные положения. После принудительной паузы, необходимой для успокоения механических и гидравлических переходных процессов, блок управления снова подает ток в катушку 10 и цикл измерения повторяется. Длительность включенного состояния катушки может быть использована для преобразования ее в показание расхода с отображением после каждого нового цикла измерения, например, на цифровом индикаторе.

Пример конкретной реализации преобразователя по второму варианту.

Преобразователь (фиг.3,4) содержит измерительную камеру 1, выполненную в виде цилиндра, расположенный в ней поршень 2, выполненный в виде цилиндрической трубы, управляемый клапан 3, выполненный в виде цилиндра диаметром несколько большим внутреннего диаметра поршня 2. Для снижения динамического сопротивления жидкости и улучшения герметичности запирания клапан 3 выполнен с конусообразной нижней частью, а верхняя внутренняя кромка поршня 2 выполнена соответственно с фаской. Измерительная камера 1 имеет входной 4 и выходной 5 патрубки. Поршень 2 и клапан 3 выполнены из ферромагнитного материала, а измерительная камера 1 из неферромагнитного. Клапан 3 имеет относительно измерительной камеры 1 коаксиальный зазор б (фиг.4) и зафиксирован в нем в поперечном направлении с помощью обоймы 6 с ребрами, расположенными в зазоре б. При этом клапан 3 имеет возможность перемещаться в продольном направлении. Ребра обоймы 6 имеют длину, превышающую длину клапана 3, так что в конце рабочего перемещения эти ребра служат ограничителем прямого продольного перемещения поршня 2. Ограничителем прямого продольного перемещения клапана 3 служат внутренние выступы ребер обоймы 6 в верхней части обоймы. Измерительная камера 1, являющаяся одновременно корпусом преобразователя, помещена в катушку, витки которой условно показаны поз.7.

Преобразователь расхода работает следующим образом.

В исходном состоянии тока в катушке 7 нет, а все подвижные элементы конструкции преобразователя поршень 2, клапан 3 и обойма 6 находятся в положениях, соответствующих фиг.3, т.е. за счет вертикального рабочего положения преобразователя под действием силы тяжести перемещены вниз до упора. При этом состоянии преобразователя жидкость поступает в него снизу через входной патрубок 4, проходит внутреннюю полость поршня 2, преодолевая незначительную силу тяжести клапана 3 (положение клапана показано на фиг.3 пунктиром), проходит по коаксиальному зазору б между клапаном 3 и измерительной камерой 1, через отверстие обоймы 6 и выходит из преобразователя через выходной патрубок 5. Таким образом, в исходном состоянии преобразователь имеет проходной канал для жидкости, проходя по которому она не оказывает перемещающего усилия на поршень 2. Путь прохождения жидкости для случая исходного состояния преобразователя показан на фиг.3 стрелками. Начало измерения определяется моментом подачи тока в катушку 7 от блока управления. При этом клапан 3 притягивается к поршню 2 и перекрывает проходной канал. Под действием давления жидкости поршень 2 поднимается вместе с клапаном 3 и обоймой 8. Пройдя измерительный путь L и дойдя до упора, обойма 6 своими ребрами препятствует дальнейшему движению поршня 2 и давление жидкости отрывает от него клапан 3. Возникающий при этом в катушке 7 электрический импульс является сигналом отключения катушки и конца измерения. После возврата подвижных элементов в исходные положения цикл измерения повторяется и т.д.

Диаметр измерительной камеры (поршня) и измерительный путь L одинаковы для обоих вариантов измерительного преобразователя расхода. Их величины зависят от выбранного диапазона измеряемых расходов жидкого топлива. В описанных примерах этот диапазон выбран 2-20 л/ч. При этом диаметр измерительной камеры (поршня) равен 10 мм, измерительный путь равен 12,7 мм. Таким образом, объем жидкости, проходящей через измерительный преобразователь расхода за один ход поршня, равен 1 мл. Время прохождения поршнем измерительного пути изменяется в диапазоне измеряемых расходов от 1,8 до 0,18 с.

Предлагаемый измерительный преобразователь расхода жидкости предназначен для установки в топливный шланг автомобиля после топливного насоса. Кратковременные повышения давления в участке шланга между насосом и преобразователем, необходимые для преодоления силы магнитного притяжения в соответствии с описанием, составляют приблизительно 0,1 атмосферы, что значительно меньше давления, развиваемого топливным насосом, и не создает нарушений подачи топлива.

Габариты и вес предлагаемого преобразователя вполне допускают установку его указанным образом. Габариты по первому варианту составляют: длина 65 мм; диаметр 40 мм; масса 150 г. Габариты по второму варианту соответственно: 60 мм и 30 мм; масса 100 г.

Использование: для измерения объемного расхода жидкого топлива двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Сущность изобретения: преобразователь содержит измерительную камеру из ферромагнитного материала, поршень, управляемый клапан, выполненный в виде цилиндрической трубы из ферромагнитного материала, неферромагнитный корпус с входным и выходным патрубками, фиксатор поперечного пложения измерительной камеры в виде обоймы, ограничитель прямого перемещения поршня, клапана и камеры. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Измерительный преобразователь расхода жидкости, включающий измерительную камеру, выполненную в виде цилиндрической трубы, расположенный в ней поршень, управляемый клапан, входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что измерительная камера выполнена из ферромагнитного материала, помещена в цилиндрический корпус и зафиксирована в поперечном направлении с возможностью продольного перемещения с образованием относительно корпуса цилиндрического коаксиального зазора, клапан выполнен в виде цилиндрической трубы из ферромагнитного материала и помещен в корпусе на скользящей посадке соосно с измерительной камерой и перед ней со стороны входного патрубка, преобразователь содержит ограничители продольных перемещений поршня, измерительной камеры и клапана, при этом корпус выполнен из неферромагнитного материала и помещен внутрь катушки соосно с ней. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что фиксатор поперечного положения измерительной камеры выполнен в виде продольных ребер, закрепленных по внешним образующим измерительной камеры или внутренним образующим корпуса. 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что фиксатор поперечного положения измерительной камеры выполнен в виде обоймы с продольными ребрами, расположенными в зазоре между измерительной камерой и корпусом. 4. Преобразователь по п.3, отличающийся тем, что ограничитель прямого продольного перемещения измерительной камеры выполнен в виде внутренних выступов на ребрах обоймы. 5. Преобразователь по пп.1-4, отличающийся тем, что ограничитель прямого продольного перемещения выполнен в виде поперечного штифта в измерительной камере. 6. Преобразователь по пп.1-5, отличающийся тем, что ограничители обратного продольного перемещения измерительной камеры и поршня и прямого продольного перемещения клапана выполнен в виде одного элемента, представляющего собой кольцевую диафрагму, установленную между измерительной камерой и клапаном, причем внешний диаметр диафрагмы меньше, чем внутренний диаметр корпуса, а ее внутренний диаметр меньше, чем диаметр поршня. 7. Преобразователь по пп.3-5, отличающийся тем, что ограничители продольных перемещений измерительной камеры и клапана выполнены в виде выступающих из них концв штифтов, входящих в соответствующие пазы обоймы и корпуса. 8. Преобразователь по пп.1-4, 6 и 7, отличающийся тем, что ограничитель прямого продольного перемещения поршня выполнен в виде внутреннего выступа в измерительной камере. 9. Измерительный преобразователь расхода жидкости, включающий измерительную камеру, выполненную в виде цилиндрической трубы, расположенный в ней поршень, управляемый клапан, входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что он содержит ограничитель прямого продольного перемещения поршня, измерительная камера выполнена из неферромагнитного материала и помещена внутрь катушки соосно с ней, поршень выполнен в виде цилиндрической трубы из ферромагнитного материала, клапан выполнен в виде цилиндра из ферромагнитного материала, помещен в измерительную камеру со стороны выходного патрубка после поршня из зафиксирован в поперечном направлении с возможностью свободного перемещения в продольном направлении, причем диаметр клапана меньше диаметра измерительной камеры, так что между ними образован цилиндрический коаксиальный зазор, но больше внутреннего диаметра поршня. 10. Преобразователь по п.9, отличающийся тем, что ограничитель прямого продольного перемещения поршня выполнен в виде штифтов, выступающих внутрь измерительной камеры. 11. Преобразователь по пп. 9-10, отличающийся тем, что фиксатор поперечного положения клапана выполнен в виде продольных ребер, закрепленных по образующим клапанам. 12. Преобразователь по пп.9 и 10, отличающийся тем, что фиксатор поперечного положения клапана выполнен в виде обоймы с продольными ребрами, расположенными в зазоре между клапаном и измерительной камерой. 13. Преобразователь по п.12, отличающийся тем, что длина ребер обоймы превышает длину клапана. 14. Преобразователь по пп.9-13, отличающийся тем, что нижний торец клапана выполнен конусообразным, а соприкасающаяся с ним внутренняя кромка поршня выполнена с фаской.