ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 1995 года по МПК G01F1/56 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода диэлектрических жидкостей.

Известен поляризационный расходомер, содержащий корпус с крышкой из диэлектрического материала, входной и выходной каналы и проточную часть прямоугольной формы, образованную двумя стенками корпуса и тремя электродами, источник питания и вторичный прибор. Один рабочий и измерительный электроды установлены с внутренней стороны на крышке корпуса, а второй рабочий электрод на его основании [1]
Недостатком известного расходомера является низкая точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет увеличения градиента напряженности электростатического поля.

Цель достигается тем, что в преобразователе расхода, содержащем корпус и крышку из диэлектрического материала с входным и выходным каналами и проточной частью, образованной двумя боковыми стенками корпуса, двумя рабочими и одним измерительным электродами, причем первый рабочий и измерительный электроды изолированы друг от друга и установлены на внутренней стороне крышки, а второй рабочий электрод заземлен и установлен на основании корпуса, первый рабочий электрод установлен на одинаковом расстоянии от стенок корпуса, равном 0,3d, где d высота проточной части корпуса.

На фиг. 1 показан предлагаемый преобразователь; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 статистическая характеристика преобразователя при изменении расхода от 0 до 400 см³/с; на фиг.5 приведена зависимость крутизны расходной характеристики от расстояния между первым рабочим электродом и боковой стенкой корпуса.

Преобразователь содержит корпус 1 и крышку 2 из диэлектрического материала, входной 3 и выходной 4 каналы, проточную часть 5. Проточная часть 5 образована боковыми стенками диэлектрического корпуса 1 и тремя электродами, два из которых первый рабочий 6 и изолированный от него измерительный 7 расположены и укреплены на внутренней стороне крышки 2, а третий 8 заземлен и укреплен на основании корпуса. В цепь измерительного электрода 7 подключен электростатический вольтметр 9. На шпильку 10, соединенную с электродом 6, подается высокое напряжение от источника U_у. Шпилька 11, соединенная с электродом 8, заземляется. Шпилька 12, соединенная с электродом 7, предназначена для подключения измерительного электрода 7 к электростатическому вольтметру 9.

Работа гидроэлектрического преобразователя расхода диэлектрической жидкости осуществляется следующим образом. Рабочий поток жидкости подается в преобразователь по входному каналу 3. Далее поток жидкости попадает в проточную часть 5 преобразователя. Проточная часть 5 образуется поверхностями двух рабочих 6 и 8 и измерительного 7 электродов и боковыми стенками диэлектрического корпуса 1. От источника управляющего напряжения U_у подают напряжение на рабочие электроды. Под действием внешнего электрического поля диэлектрическая жидкость поляризуется. Как известно, диэлектрическим неполярным жидкостям присущи явления электронной поляризации, т.е. смещение электронных оболочек атомов относительно тяжелых неподвижных ядер, а следовательно, молекулы диэлектрика будут ориентироваться по полю, создавая при этом внутреннее поле, которое направлено противоположно внешнему полю и ослабляет его. При поляризации диэлектрика его результирующий электрический момент становится отличным от нуля.

Наведенный потенциал на измерительном электроде в основном обусловлен градиентом напряженности электростатического поля, а не самим электростатическим полем. Как известно, наибольший градиент электростатического поля наблюдается в местах наибольшего искривления силовых линий электрического поля. Наведенный потенциал на измерительном электроде за счет тока поляризации обусловлен не электрическим полем внутри области рабочих электродов, а электрическим полем на краях электродов, где градиент электростатического поля максимален. При изменении расхода (например, при увеличении расхода жидкости) наведенный потенциал на измерительном электроде уменьшается, так как при этом будет увеличиваться плотность связанных зарядов, которая меняется пропорционально расходу жидкости. При этом будет увеличиваться внутреннее поле поляризованного диэлектрика и наведенный потенциал на измерительном электроде будет уменьшаться.

На фиг. 4 показана статиcтическая характеристика гидроэлектрического преобразователя расхода жидкости при увеличении расхода Q от 0 до 400 см³/с, при этом напряжение на измерительном электроде уменьшается с 13,4 до 10,4 кВ. Проведенные эксперименты также показали, что градиент электростатического поля может быть значительно увеличен, если использовать весь периметр верхнего рабочего электрода. Для этого необходимо сделать ширину первого рабочего электрода уже ширины проточной части. Эксперименты по оптимизации ширины электродов показали, что первый рабочий электрод должен быть расположен на одинаковом расстоянии 0,3d от боковых стенок диэлектрического корпуса, где d высота проточной части.

На фиг. 5 приведена зависимость крутизны расходной характеристики от расстояния между первым рабочим электродом и боковой стенкой корпуса.

Снижение крутизны при h < 0,3 d, где h расстояние между первым рабочим электродом и боковой стенкой корпуса, объясняется уменьшением количества силовых линий электрического поля от краевого эффекта, который создает градиент электростатического поля. Эксперименты показали, что при h > 0,3d также несколько снижается крутизна расходных характеристик, что может быть объяснено, очевидно, уменьшением периметра первого рабочего электрода и связанного с этим уменьшением искривленных силовых линий, образованных боковыми кромками рабочих электродов и расположенных перпендикулярно потоку.

Таким образом преимущества изобретения состоят в следующем.

Увеличение точности измерения, которое связано с возможностью изменения крутизны расходной характеристики посредством изменения управляющего напряжения на рабочих электродах. Увеличение питающего напряжения на рабочих электродах приводит к увеличению поляризационного эффекта, что означает увеличение чувствительности измерения при том же расходе жидкости.

Малые токи, являющиеся следствием поляризационного эффекта, не нагревают рабочую жидкость во время прохождения ее проточной части и не меняют ее параметров.

Использование: в контрольной технике, в частности в устройствах гидроэлектрического преобразователя расхода диэлектрической жидкости. Сущность изобретения: преобразователь содержит корпус, крышку из диэлектрического материала, входной и выходной каналы, проточную часть, образованную первым и вторым рабочими и одним изолированным электродами, электростатический вольтметр и три шпильки. 5 ил.

ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ, содержащий корпус и крышку из диэлектрического материала с входным и выходным каналами и проточной частью, образованной двумя боковыми стенками корпуса, двумя рабочими и одним измерительным электродами, причем первый рабочий и измерительный электроды изолированы друг от друга и установлены на внутренней стороне крышки, а второй рабочий электрод заземлен и установлен на основании корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, первый рабочий электрод установлен на одинаковом расстоянии от стенок корпуса, равном 0,3 высоты проточной части корпуса.