УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 1999 года по МПК G01F1/56 

Изобретение относится к измерению расхода текучих сред и предназначено для измерения расхода диэлектрической жидкости.

Известен датчик электромагнитного расходомера, содержащий немагнитную трубу с фланцами на концах, два измерительных электрода, футерованных пластмассовой гильзой (а.с. СССР N 187344). Недостатком такого датчика являются: во-первых, сложность изготовления электродов, обусловленная их формой; во-вторых, большие габариты и вес.

Прототипом изобретения является устройство для измерения расхода, содержащее рабочий и измерительный электроды, источник питания, измерительный прибор, включенный между измерительным электродом и землей (а.с. СССР N 1553830).

Этот датчик расхода обладает малой инерционностью по сравнению с аналогом (а.с. СССР N 187344), поскольку процесс поляризации жидкости, на котором основан принцип действия поляризационного расходомера, происходит за время порядка 10^-12с.

Недостатком такого расходомера являются низкие технологичность и чувствительность, обусловленные прямоугольной формой проточной части и плоскопараллельными электродами.

Цель предлагаемого технического решения - увеличение чувствительности датчика расхода.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения расхода, содержащем входной канал, корпус, рабочий и измерительный электроды, образующие с его внутренними боковыми стенками проточную часть, источник питания для подачи напряжения на рабочий электрод и измерительный прибор, включенный между измерительным электродом и землей, ось входного канала перпендикулярна оси металлического корпуса, выполненного цилиндрическим, а один из электродов, расположенных на торцевых поверхностях корпуса, имеет форму сегмента сферы, при этом устройство снабжено изолирующими втулками.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение отличается тем, что в нем проточная часть образована внутренними боковыми стенками металлического корпуса цилиндрической формы и двумя электродами, которые расположены на торцевых поверхностях корпуса, причем один из электродов выполнен в виде сегмента сферы, что соответствует критерию "новизна".

Выделенные признаки с их функциями не выявлены в других технических решениях, что соответствует критерию "существенное отличие".

Положительным эффектом при осуществлении заявляемого технического решения будет увеличение чувствительности датчика расхода. Кроме того, отпадает необходимость в использовании высоковольтного источника питания и спецэлектрометрического усилителя, следствием чего является снижение стоимости всего устройства в целом, а также увеличение безопасности при эксплуатации.

Устройство для измерения расхода приведено на фиг. 1а, б.

Устройство для измерения расхода содержит металлический корпус 1, рабочий электрод 2, выполненный в виде сегмента сферы, плоскопараллельный измерительный электрод 3, входной 4 и выходной 5 каналы, крепежные фланцы 6, крепежные втулки 7, проточную часть 8, изолирующие втулки 9. Проточная часть 8 образована внутренними боковыми стенками металлического корпуса 1 и электродами, образующими торцевые поверхности проточной части преобразователя расхода.

Схема для подключения устройства для измерения расхода приведена на фиг. 2.

На рабочий электрод 2 подается напряжение 20-60 B от источника U_y. Измерительный прибор 1, которым является миллиамперметр, подключенный к измерительному электроду 3, заземляется.

Статическая характеристика устройства для измерения расхода приведена на фиг. 3.

Работа устройства для измерения расхода осуществляется следующим образом: рабочий поток жидкости подается в устройство по входному каналу 4, ось которого перпендикулярна оси цилиндрического корпуса. Далее поток попадает в проточную часть 8 устройства.

Проточная часть 8 образована поверхностями рабочего 2 и измерительного 3 электродов, которые крепятся в корпусе 1 с помощью крепежных втулок 7 и внутренними стенками корпуса 1. От источника управляющего напряжения U_y подают напряжение порядка 20-60 B на рабочий электрод. Под действием внешнего электрического поля жидкость поляризуется, молекулы диэлектрика будут ориентироваться вдоль силовых линий поля, создавая при этом внутреннее поле, которое направлено противоположно внешнему полю и ослабляет его. При поляризации диэлектрика его результирующий электрический момент становится отличным от нуля.

Как показали многочисленные эксперименты, наведенный потенциал на измерительном электроде обусловлен не только напряженностью электростатического поля и скоростью течения жидкости, но и градиентом напряженности электростатического поля и градиентом скорости движения жидкости в проточной части, при этом наибольший градиент электростатического поля наблюдается в местах наибольшего искривления силовых линий электростатического поля. Увеличение градиента скорости течения жидкости достигается за счет цилиндрической формы проточной части преобразователя расхода, так как ось цилиндра перпендикулярна усредненному вектору скорости жидкости и поток жидкости при входе в проточную часть преобразователя расхода расширяется, а при выходе из проточной части сужается. Увеличение градиента напряженности электростатического поля достигается за счет того, что один из электродов выполнен в виде сегмента сферы, что приводит к искривлению силовых линий электростатического поля. Эти факторы приводят к увеличению чувствительности датчика.

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. 3 показана статическая характеристика устройства для измерения расхода при увеличении расхода от 0 до 25 см³/с при напряжении на рабочем электроде 20, 40 и 60 B. Измеряемая среда - питьевая водопроводная вода.

Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения перед аналогичными состоят в следующем:
1. увеличении чувствительности, что связано с цилиндрической формой проточной части преобразователя расхода и формой одного из электродов, который выполнен в виде сегмента сферы,
2. снижении стоимости устройства для измерения расхода и увеличении безопасности работы, так как нет необходимости в высоковольтном источнике питания и спецэлектрометрическом усилителе,
3. улучшении технологичности конструкции преобразователя расхода.

Изобретение предназначено для измерения расхода диэлектрической жидкости. Рабочий и измерительный электроды образуют проточную часть с внутренними боковыми стенками металлического корпуса, выполненного цилиндрическим. Ось корпуса перпендикулярна оси входного канала. Один из электродов, расположенных на торцевых поверхностях корпуса, имеет форму сегмента сферы. На рабочий электрод подают напряжение питания. Изменение расхода приводит к снижению наведенного потенциала на измерительном электроде. Предложенный датчик расхода обладает высокой чувствительностью, имеет низкую стоимость. 3 ил.

Устройство для измерения расхода, содержащее входной канал, корпус, рабочий и измерительный электроды, образующие с его внутренними боковыми стенками проточную часть, источник питания для подачи напряжения на рабочий электрод и измерительный прибор, включенный между измерительным электродом и землей, отличающееся тем, что ось входного канала перпендикулярна оси металлического корпуса, выполненного цилиндрическим, а один из электродов, расположенных на торцевых поверхностях корпуса, имеет форму сегмента сферы, при этом устройство снабжено изолирующими втулками.