ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 1997 года по МПК G01F1/32 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов жидкостей и газов.

Известен расходомер обтекания для жидкостей и газа, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде пластины и вторичный преобразователь /1/. При движении измеряемой среды пластина колеблется с частотой, пропорциональной скорости потока.

Недостатком известного расходомера является низкая точность измерений, т. к. при больших скоростях потока колебания пластины вследствие ее инерционности и высокой частоты колебаний не достигают амплитудных значений и вторичный преобразователь не реагирует на такие колебания. При низких скоростях потока перепад давлений на плоскостях пластины не в состоянии придать ей колебательные движения.

Известен вихревой расходомер, содержащий установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, расположенным перпендикулярно оси трубопровода, установленный вдоль оси канала гибкий пластинчатый электрод и вторичный преобразователь, выполненный на основе пьезоэлектрического /2/.

Недостатки данного расходомера: низкая точность измерения и невозможность измерения расхода газовой среды. Амплитуда импульсов пьезоэлектрического преобразователя определяется как скоростью потока, так и его массой, что снижает точность измерения. Пьезоэлектрический элемент имеет высокое внутренне сопротивление, и с него снимается слабый сигнал, еще более ослабляющийся на верхних пределах измерения, что требует усложнения схемы усиления.

Известен также вихревой расходомер, содержащий установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, ориентированным перпендикулярно оси трубопровода, консольно закрепленные вдоль щелевого канала первый стержневой электрод (штырь из электропроводного материала), пластинчатый электрод, плоскость которого перпендикулярна оси щелевого канала, и второй стержневой электрод, а также вторичный преобразователь /3/.

В известном расходомере стержневые электроды подвержены мелким высокочастотным колебаниям (дребезгу), а пластинчатый электрод, кроме полезных колебаний, вызванных вихрями измеряемой среды, имеет также паразитные колебания с собственной частотой этого электрода, что искажает картину вихрей и, следовательно, снижает точность расходомера. Действие известного расходомера основано на изменении электрического сопротивления среды между электродами, поэтому измерение расхода газов и неэлектропроводных жидкостей данным расходомером невозможно. Кроме того, известный расходомер имеет сложную электрическую схему вторичного преобразователя.

Цель изобретения повышение точности расходомера, возможность измерения расхода газов и неэлектропроводных жидкостей, упрощение электрической схемы вторичного преобразователя.

Цель достигается тем, что в вихревом расходомере, содержащем установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, ориентированным перпендикулярно оси трубопровода, консольно закрепленные вдоль щелевого канала первый стержневой электрод, пластинчатый электрод, плоскость которого перпендикулярна оси щелевого канала, и второй стержневой электрод, а также вторичный преобразователь, согласно изобретению пластинчатый электрод закреплен противоположно стержневым электродам, выполнен с возможностью их касания и электрически соединен с телом обтекания, а вторичный преобразователь выполнен в виде усилителей постоянного тока и триггера, причем стержневые электроды подключены ко входам усилителей постоянного тока, выходы которых соединены со входами триггера.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый расходомер отличается закреплением пластинчатого электрода противоположно стержневым электродам, выполнением пластинчатого электрода с возможностью касания стержневых электродов, электрическим соединением пластинчатого электрода с телом обтекания и изменением электрической схемы вторичного преобразователя. Поэтому заявляемый расходомер соответствует изобретательскому критерию новизны. Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию изобретательского уровня.

На фиг. 1 представлено сечение тела обтекания; на фиг.2 структурная схема расходомера; на фиг.3 пример электрической схемы вторичного преобразователя; на фиг.4 экспериментальная зависимость напряжения усилителя постоянного тока от расстояния между пластинчатым и стержневым электродами.

Расходомер содержит тело обтекания 1, установленное в трубопроводе (на фиг. не показан), со сквозным щелевым каналом 2, ориентированным перпендикулярно оси трубопровода. В теле обтекания 1 расположен неэлектропроводный корпус 3 с консольно закрепленными в нем вдоль оси щелевого канала 2 стержневыми электродами 4, между которыми перпендикулярно сечению щелевого канала 2 симметрично размещен пластинчатый электрод 5, консольно закрепленный в нижней части щелевого канала 2 и электрически соединенный с телом обтекания 1, причем стержневые 4 и пластинчатый 5 электроды выполнены из одного и того же металла, например, нержавеющей стали. Перекрытие электродов 4 и 5 составляете 0,2-0,3 длины пластинчатого электрода 5 для того, чтобы при максимальном изгибе пластина электрода 5 не вышла за пределы межэлектродного промежутка (пространство между электродами 4). Значение электрического сопротивления между стержневыми электродами 4 и пластинчатым электродом 5 при его неподвижном состоянии в зависимости от состава жидкой среды составляет 1,5-2 кОм. Расходомер содержит также два усилителя постоянного тока 6, RS-триггер 7, резисторы 8 величиной 1-3 МОм и источник питания 9.

Расходомер работает следующим образом.

Жидкая среда, протекая по трубопроводу, создает с обеих сторон тела обтекания 1 попеременно срывающиеся вихри и пульсации давления, которые передаются в щелевой канал 2 и отклоняют пластинчатый электрод 5 с частотой, пропорциональной скорости жидкой среды в трубопроводе, вследствие чего пластинчатый электрод 5 колеблется. При уменьшении расстояния между пластинчатым электродом 5 и одним из стержневых электродов 4 до 1 0,05 мм, когда электрическое сопротивление станет не более 100 Oм, или при касании электродов 4 и 5 (1 0, см. фиг.4) произойдет закорачивание цепи между источником питания 9 и общим проводом, так как пластинчатый электрод имеет нулевой потенциал. При этом на входе одного из усилителей постоянного тока электрический сигнал становится близким к "0" и на его выходе появляется напряжение низкого уровня, которое устанавливает триггер 7 в одно из устойчивых состояний. При касании пластинчатого электрода 5 противоположного стержневого электрода 4 нулевой сигнал появляется на входе другого усилителя постоянного тока 6, а напряжение на его выходе переключает триггер 7 в другое устойчивое состояние. При этом высокочастотные колебания стержневых электродов 4 (дребезг) и паразитные колебания пластинчатого электрода 5, вызывающие возможные повторные касания одного и того же пластинчатого электрода 4, не изменяют состояние триггера 7. Таким образом, на выходе триггера 7 образуются устойчивые прямоугольные импульсы, частота которых пропорциональна скорости жидкой среды в трубопроводе. Зная вес импульса, можно судить об объемном расходе жидкой среды.

Предлагаемое устройство позволяет измерять расход как газовых, так и жидких сред независимо от их электропроводности.

Источники информации:
1. Авт. св. СССР N 387216, G 01 F 1/00, 1973, БИ N 27.

2. Авт. св. СССР N 459672, G 01 F 1/00, 1975, БИ N 5.

3. Патент РФ N 2010162, G 01 F 1/00, 1994, БИ N 6.

Использование: измерение расходов газов и жидкостей, в т.ч. неэлектропроводных. Сущность: расходомер содержит установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, ориентированным перпендикулярно оси трубопровода. В щелевом канале консольно закреплены два стержневых электрода и пластинчатый электрод, установленный с возможностью касания стержневых электродов. Вторичный преобразователь выполнен в виде двух усилителей постоянного тока, соединенных с триггером. Стержневые электроды подключены ко входам усилителей. 4 ил.

Вихревой расходомер, содержащий установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, ориентированным перпендикулярно оси трубопровода, два стержневых электрода, консольно закрепленные вдоль щелевого канала, пластинчатый электрод, плоскость которого перпендикулярна оси канала, размещенный между стержневыми электродами, и вторичный преобразователь, отличающийся тем, что пластинчатый электрод закреплен консольно в теле обтекания, противоположно стержневым электродам, с обеспечением возможности их касания и электрически соединен с телом обтекания, а вторичный преобразователь выполнен в виде двух усилителей постоянного тока и триггера, при этом стержневые электроды подключены к входам усилителей, выходы которых соединены с входами триггера.