ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДА ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД Российский патент 1999 года по МПК G01F1/75 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидких и газообразных сред путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком.

Известна конструкция расходомера, в котором измеряемая среда, поданная через тангенциальное отверстие для впуска, совершает свободный виток в камере, после чего с помощью неподвижных лопаток направляется тангенциально крыльчатке турбины и вращает ее [1].

Известен турбинный преобразователь расхода, использующий в качестве чувствительного элемента датчика частоты вращения турбинки токовихревой узкощелевой датчик [2].

Недостатками известных устройств является то, что они не обладают достаточной механической прочностью и быстро выходят из строя при измерении мощных потоков и наличии в потоке посторонних твердых частиц, которые приводят к износу подшипников и необходимости периодически повторять процедуру калибровки измерителя для компенсации возникших погрешностей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель расхода жидких и газообразных сред, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, измерительную камеру с расположенным внутри нее вращающимся шарообразным измерительным элементом и узел съема сигнала. Измерительная камера выполнена в виде полой ступицы, снабженной боковыми отверстиями, которые выполняют функцию формирования вихревого потока, приводящего измерительный элемент в движение по круговой траектории [3].

Недостатками известного устройства, выбранного в качестве прототипа, являются: относительная сложность конструкции; зависимость погрешности измерений от внешних магнитных воздействий, обусловленная тем, что узел съема сигнала расположен на внешней поверхности корпуса.

Цель изобретения - упрощение конструкции измерителя потока и повышение точности результатов измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в известной конструкции датчика расхода, содержащего входной патрубок, соединенный с камерой входа, которая отделена мембраной от измерительной камеры и выходной патрубок, причем внутри измерительной камеры, имеющей циклическую конфигурацию, располагается свободноперемещающийся по траектории, определенной измерительной камерой, измерительный элемент, для задания движения которого в мембране расположены формирователи вихревого потока, выполненные в виде наклонных к плоскости мембраны отверстий, задающих направление вихревого вращения потока в измерительной камере, а для измерения скорости вращения измерительного элемента в мембране смонтирована колебательная система автогенератора токовихревого датчика.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый измеритель расхода жидких и газообразных сред отличается тем, что камера входа и измерительная камера разделены мембраной, в которой расположены формирователи вихревого потока и колебательная система автогенератора датчика для измерения скорости вращения измерительного элемента. Таким образом, заявляемый измеритель расхода соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в нем признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство измерителя расхода; на фиг. 2 показана схема токовихревого датчика.

Камера входа 2 измерителя расхода соединена со входом 1 и разделена от измерительной камеры 4 мембраной 3. В мембране 3 расположены формирователи вихревого потока среды 5. Внутри измерительной камеры 4, имеющей циклическую конфигурацию, располагается свободноперемещающийся измерительный элемент 6 шарообразной формы. Выходные отверстия 7 соединяют измерительную камеру 4 с выходным патрубком 8 устройства. В мембране смонтирован токовихревой датчик 9. В качестве последнего (фиг. 2) используется автогенератор и пороговый элемент. Автогенератор собран по схеме с трансформаторной обратной связью, последовательным питанием коллекторной цепи и контуром в цепи коллектора. Катушки автогенератора LI и L2 выполнены из печатных проводников и расположены в параллельных плоскостях (на различных сторонах материала печатной платы, на которой смонтирован автогенератор). Выбор требуемого для возбуждения колебаний значения взаимной индуктивности М осуществляется подбором расстояния между осями катушек индуктивности. Катушки в мембране располагаются в непосредственной близости от траектории движения измерительного элемента, выполненного из токопроводящего материала.

Измеритель расхода работает следующим образом. Поток жидкости или газа поступает через входной патрубок 1 в камеру входа 2. Входные формирователи вихревого потока 5 благодаря своему наклонному расположению в мембране задают направление вращения потока в измерительной камере 4. Через выходные отверстия 8 поток поступает в выходной патрубок 9. Измерительный элемент 6, захваченный вихревым потоком, совершает циклические движения по траектории, определяемой измерительной камерой 4. Скорость вращения измерительного элемента измеряется с помощью токовихревого датчика. Работа токовихревого датчика заключается в следующем. Когда измерительный элемент расположен вдали от колебательной системы автогенератора, последний вырабатывает гармоническое колебание, частота которого определяется индуктивностью колебательной системы (катушки LI и L2) и емкостью конденсатора C2. В процессе движения по траектории измерительной камеры измерительный элемент пересекает оси катушек, в этот момент в нем наводятся вихревые токи, за счет чего увеличиваются потери в колебательной системе. Последнее обстоятельство приводит к изменению амплитуды генерируемых колебаний и, следовательно, к соответствующему изменению потребляемого тока, которое фиксируется с помощью порогового элемента. Частота следования формируемых на выходе порогового элемента импульсов определяется скоростью вращения измерительного элемента в измерительной камере.

Скорость движения (вращения вокруг оси измерительной камеры) измерительного элемента 6 и объемный расход среды связаны следующей зависимостью [4]

где Q - средний объемный расходом, м³/с,
n - скорость вращения измерительного элемента;
D - диаметр потокопровода, м,
V- кинематическая вязкость текучей среды, м²/с,
f- функция, учитывающая нелинейность.

Для определения усредненных характеристик потока за некоторый промежуток времени необходимо сосчитать число импульсов, поступающих от датчика в течение этого временного интервала; значения измеряемых характеристик однозначно связаны с числом импульсов.

Источники информации
1. Патент Японии N 58-132600, 83.07.20.- ВНИПИ 082-02-92.

2. Заявка РФ на изобретение N 93043950/10, 03.09.93. - Изобретения, N 8, ВНИПИ, М., 1995.

3. Авторское свидетельство СССР N 435458, G 01 F 1/20, 1974.

4. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./Под ред. У.Томпкинса, Дж.Уэбстера.-М.: Мир, 1992.

Изобретение предназначено для измерения объемного расхода. В измерительной камере, объем которой ограничен мембраной, размещен шарообразный элемент. В мембране образованы тангенциальные отверстия, формирующие вихревой поток, под действием которого шар движется по круговой траектории. Скорость вращения шара преобразуется в сигнал токовихревого датчика, колебательная система автогенератора которого расположена в мембране. Расходомер имеет простую конструкцию и обладает высокой помехозащищенностью. 2 ил.

Измеритель расхода жидких и газообразных сред, содержащий входной патрубок, камеру входа, формирователи вихревого потока в виде отверстий, задающие направление вихревого вращения потока в измерительной камере, соединенной с выходным патрубком, шарообразный элемент, расположенный внутри измерительной камеры с возможностью свободного перемещения по траектории, определяемой указанной камерой, и датчик для измерения скорости вращения шарообразного элемента, отличающийся тем, что камера входа и измерительная камера разделены мембраной, в которой расположены формирователи вихревого потока и колебательная система автогенератора датчика для измерения скорости вращения.