СТРУЙНЫЙ АВТОГЕНЕРАТОРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДА Российский патент 1999 года по МПК G01F1/86 G01F1/20 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а более конкретно к струйным автогенераторным измерителям расхода и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности для измерения объемного и массового расхода.

Известен струйный автогенератор с внешней обратной связью, содержащий струйный бистабильный элемент, имеющий сопло, выходящее в рабочую камеру, где находятся боковые стенки рабочей камеры, клинообразный разделитель, расположенный на противоположной по отношению к соплу стороне рабочей камеры, каналы сброса, приемные каналы, примыкающие к разделителю и каналу сброса (1).

Недостатком известного устройства является высокий нижний предел рабочих расходов, обусловленный тем, что работа струйного элемента построена на использовании эффекта притяжения струи к плоской стенке (эффекта Коанда) (2), в соответствии с которым струя притягивается к стенке только при достаточно больших числах Рейнольдса. Кроме того, указанный струйный автогенератор производит измерение только объемного расхода.

Эти недостатки устранены в струйном массовом расходомере, являющемся наиболее близким к предлагаемому изобретению, содержащем струйный дискретный элемент с соплом питания, рабочей камерой, разделителем и двумя каналами обратной связи, входы которых расположены по разные стороны разделителя, а выходы - по разные стороны сопла питания, преобразователь разности давлений и подключенный к его выходу преобразователь сигнала, состоящий из устройства выделения сигнала, пропорционального амплитуде пульсаций разности давлений, устройства выделения сигнала, пропорционального частоте пульсаций разности давлений, и устройства деления, входы которого связаны с выходами устройств выделения названных сигналов; при этом на разделителе выполнен центральный канал, вход которого соединен с рабочей камерой струйного элемента, а выход - с одним из входов преобразователя разности давлений, другой вход которого соединен с рабочей камерой (3).

Однако, указанное устройство имеет несколько недостатков:
- недостаточно высокая надежность, обусловленная наличием центрального канала в разделителе, так как этот канал имеет маленькое сечение и может засоряться;
- сложность вычисления массового расхода, что ведет к увеличению погрешности измерения.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание струйного автогенераторного измерителя массового расхода с повышенной надежностью, с более высокими функциональными возможностями и более простым алгоритмом вычисления массового расхода.

Для этого в струйном автогенераторном измерителе массового расхода, содержащем струйный элемент, включающий в себя сопло питания, рабочую камеру, два сопла управления, два приемных канала, разделитель с вогнутым дефлектором, два сливных канала и два канала обратной связи, соединяющие приемные каналы с соплами управления, а также преобразователь пульсаций струи в электрический сигнал, выход которого соединен со входами устройства выделения сигнала, пропорционального амплитуде пульсаций и устройства выделения сигнала, пропорционального частоте пульсаций, и устройство умножения; при этом преобразователь пульсаций струи в электрический сигнал расположен в одном из каналов обратной связи, имеющих ширину не менее, чем в три раза больше ширины сопла питания, а выходы устройств выделения сигнала соединены со входами устройства умножения.

Технический результат от использования данного изобретения состоит в том, что:
- повышается надежность, так как отсутствует центральный канал маленького сечения;
- благодаря измерению амплитуды пульсаций струй происходит непосредственное измерение плотности измеряемой среды;
- вычисление массового расхода осуществляется простым умножением сигналов, пропорциональных амплитуде и частоте колебаний струи.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение струйного автогенераторного измерителя массового расхода.

На фиг. 2 приведен график зависимости времени прохождения сигнала по каналу обратной связи от давления измеряемой среды, и следовательно, от плотности.

Струйный автогенераторный измеритель массового расхода состоит их дискретного струйного элемента 1, преобразователя пульсаций струи в электрический сигнал 2, устройства выделения амплитуды пульсаций 3, устройства выделения частоты пульсаций 4 и устройства умножения 5. Струйный элемент включает в себя сопло питания 6, стенки рабочей камеры 7 и 8, разделитель с вогнутым дефлектором 9, сопла управления 10 и 11, приемные каналы 12 и 13, сливные каналы 14 и 15, и канал сброса расхода 16. Сопла управления 10, 11 соединены каналами обратной связи 17 и 18 с приемными каналами 12, 13. Преобразователь 2 пульсаций струи соединен с устройствами 3 и 4 выделения амплитуды пульсаций и частоты пульсаций, выходы которых соединены со входами устройства умножения 5.

Струйный автогенераторный измеритель расхода работает следующим образом.

Измеряемая среда через сопло 6 в виде струи истекает в рабочую камеру. Под действием перепада давления, возникающего в результате эффекта Коанда и эффекта внутренней обратной связи, струя примыкает к одной из стенок, например 7, течет вдоль нее и попадает в приемный канал 12. Давление в приемном канале увеличивается по сравнению с давлением в приемном канале 13. В результате возникает волна повышения давления, которая, распространяясь со скоростью звука по каналу обратной связи 177, достигает сопла управления 10 и вызывает переброс струи к стенке 8. Спустя время, равное времени срабатывания элемента, струя достигает приемного канала 13 и возникает волна повышения давления, которая, распространяясь со скоростью звука по каналу обратной связи 18, достигает сопла управления 11 и вызывает переброс струи в направлении стенки 7. При этом часть расхода, не попавшая в приемные каналы 12 и 13 через выходные каналы 14 и 15 поступает на канал сброса 16.

В результате устанавливаются устойчивые колебания струи с частотой, пропорциональной объемному расходу
f = K₁•Q,
где f - частота колебаний;
Q - объемный расход;
K₁ - коэффициент пропорциональности.

Эти колебания воспринимаются преобразователем пульсаций струи 2, расположенным в канале обратной связи, например, 17. Сигнал с преобразователя пульсаций поступает на устройство выделения частоты пульсаций 4, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный объемному расходу.

Параллельно сигнал с преобразователя поступает на устройство выделения амплитуды пульсаций 3.

Амплитуда пульсаций в общем виде равна следующему значению:

где A - амплитуда пульсаций;
ρ - плотность измеряемой среды;
V - скорость распространения сигнала.

При определенном соотношении ширины канала обратной связи и сопла питания скорость распространения сигнала в канале обратной связи остается постоянной в широком диапазоне изменения плотности.

На фиг. 2 приведен экспериментальный график зависимости скорости распространения сигнала по каналу обратной связи в зависимости от давления и, следовательно, плотности для воздуха.

Следовательно, значение амплитуды сигнала можно записать в виде
A = K₂ρ,
где K = V²/2 = const.

В результате на выходе устройства выделения амплитуды формируется сигнал указанной амплитуды.

Сигналы с устройств выделения сигналов 3, 4 поступают на входы устройства умножения 5, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный массовому расходу M
M = A•f = K•ρ•Q,
где K = K₁ • K₂.

Таким образом, использование предложенного решения позволяет повысить надежность работы струйного автогенераторного измерителя массового расхода, расширить функциональные возможности благодаря получению информации как о плотности так и об объемном расходе, и упростить алгоритм вычисления массового расхода.

Источники информации
1. Патент США N 3902367, кл. 73/194B, 1972.

2. Лебедев И. В. и др. Элементы струйной автоматики. - Машиностроение, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР N 1177671. Струйный массовый расходомер (авторы Трескунов С. Л. и др.). МКИ G 01 F 1/00, G 01 F 1/20 пр. 06.04.84, опубл. 07.09.85.

Изобретение может быть использовано для измерения объемного и массового расхода. Струйный измеритель расхода содержит струйный автогенератор. включающий в себя сопло питания, два сопла управления, рабочую камеру, разделитель с вогнутым дефлектором, два сливных канала, два приемных канала и два канала обратной связи, в одном из которых расположен преобразователь пульсаций струи в электрический сигнал. Ширина каналов обратной связи не менее, чем в три раза больше ширины сопла питания. Устройства выделения сигналов, пропорциональных амплитуде и частоте пульсаций струи, соединенные с выходом преобразователя, измеряют соответственно плотность и объемный расход. Выходы устройств выделения сигнала соединены со входами устройства умножения. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей при одновременном повышении надежности. 2 ил.

Струйный автогенераторный измеритель массового расхода, содержащий струйный элемент, включающий в себя сопло питания, рабочую камеру, два сопла управления, два приемных канала, разделитель с вогнутым дефлектором, два сливных канала и два канала обратной связи, соединяющие приемные каналы с соплами управления, а также преобразователь пульсаций струи в электрический сигнал, выход которого соединен со входами устройства выделения сигнала, пропорционального амплитуде пульсаций и устройства выделения сигнала, пропорционального частоте пульсаций, отличающийся тем, что включает в себя устройство умножения, при этом преобразователь пульсаций струи в электрический сигнал расположен в одном из каналов обратной связи, имеющих ширину не менее, чем в три раза больше ширины питания, а выходы устройств выделения сигнала соединены со входами устройства умножения.