СТРУЙНЫЙ АВТОГЕНЕРАТОРНЫЙ РАСХОДОМЕР-СЧЕТЧИК Российский патент 2001 года по МПК G01F1/20 G01F25/00 G01F1/86 

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

Этот недостаток устроен в струйном автогенераторном расходомере с внешней обратной связью (являющемся наиболее близким к предлагаемому изобретению), содержащем струйный дискретный элемент, включающий в себя рабочую камеру, ограниченную боковыми стенками, 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 преобразователи пульсаций давления струи в электрический сигнал, расположенные в каналах обратной связи и соединенные с преобразователем пульсаций давления в выходной частотный сигнал, выход которого соединен со входом устройства обработки сигнала (3).

Однако указанное устройство имеет недостаток: поверка такого устройства может осуществляться только на стационарной метрологической установке, что ведет к увеличению эксплуатационных и транспортных расходов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание струйного расходомера-счетчика с поверкой на месте установки с одновременным измерением объемного расхода, плотности и массового расхода.

Для этого в струйном автогенераторном расходомере-счетчике, содержащем струйный дискретный элемент, включающем в себя рабочую камеру, ограниченную боковыми стенками, два сопла управления, два приемных канала, разделитель с вогнутым дефлектором, два сливных канала и два канала обратной связи, соединяющие приемные каналы с соплами управления, преобразователи пульсаций давления струи в электрический сигнал, расположенные в каналах обратной связи и соединенные с устройством выделения сигнала, пропорционального частоте пульсации, и вычислительное устройство, а также дифференциальный манометр, входы которого соединены с имеющими вентили выходами тройников для измерения перепада давления на струйном автогенераторе, при этом выходы дифференциального манометра и устройства выделения сигнала соединены со входами вычислительного устройства, которое осуществляет расчет значения частоты колебаний струи по следующему алгоритму:

где f_и, ΔP_и, ρ_и- значения частоты, перепада давления и плотности, измеренные в процессе поверки.

ΔP_п, ρ_п- значения перепада давления и плотности, записанные в паспорте прибора.

Технический результат от использования данного изобретения состоит в том, что:
- можно осуществлять поверку струйного расходомера-счетчика на месте установки без демонтажа с трубопровода;
- можно осуществлять измерение не только объемного расхода, но и плотности и массового расхода.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже приведено схематическое изображение струйного расходомера-счетчика.

Струйный расходомер-счетчик состоит из струйного автогенератора 1, преобразователей пульсаций давления в электрический сигнал 2, устройства выделения сигнала, пропорционального частоте пульсаций 3, тройников, на одном из выходов которых содержаться вентили 4, дифференциального манометра 5 и вычислительного устройства 6. Струйный автогенератор включает в себя сопло питания 7, стенки рабочей камеры 8 и 9, разделитель с вогнутым дефлектором 10, сопла управления 11 и 12, приемные каналы 13 и 14, сливные каналы 15 и 16 и канал сброса расход 17. Сопла управления 11 и 12 соединены каналами обратной связи 18 и 19 с приемными каналами 13, 14.

Преобразователи пульсаций давления в электрический сигнал 2 соединены с устройством выделения сигнала 3, пропорционального частоте пульсаций. Входы дифманометра 5 соединены с выходами тройников 4, имеющими вентили. Выходы дифференциального манометра 5 и устройство выделения сигнала 3 соединены с входами вычислительного устройства 6.

Струйный расходомер-счетчик работает следующим образом.

Измеряемая среда через сопло 7 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 8, течет вдоль нее и попадает в приемный канал 13. Давление в приемном канале увеличивается по сравнению с давлением в приемном канале 14. В результате возникает волна повышения давления, которая, распространяясь со скоростью звука по каналу обратной связи 18, достигает сопла управления 11 и вызывает переброс струи к стенке 9. Спустя время, равное времени срабатывания элемента, струя достигает приемного канала 14 и возникает волна повышения давления, которая, распространяясь со скоростью звука по каналу обратной связи 19, достигает сопла управления 12 и вызывает переброс струи в направлении стенки 8. При этом часть расхода, не попавшая в приемные каналы 13 и 14, через сливные каналы 15 и 16 поступает в канал сброса 17.

В результате устанавливаются устойчивые колебания струи с частотой, пропорциональной объемному расходу и корню квадратному из отношения перепада давления на струйном автогенераторе к плотности измеряемой среды:

где f - частота колебаний;
Q - объемный расход;
ΔP- перепад давления;
ρ- плотность измеряемой среды;
K - коэффициент пропорциональности.

Эти колебания воспринимаются преобразователями пульсаций струи 2, расположенными в каналах обратной связи 18 и 19. Сигналы с преобразователей пульсаций струи поступают на устройство выделения сигнала 3, на выходе которых формируется сигнал, пропорциональный объемному расходу, поступающий на один вход вычислительного устройства 6.

При градуировке струйного расходомера-счетчика значения частот в диапазоне измерения и соответствующих им перепадов давления заносятся в паспорт прибора. Кроме того, в паспорт заносится значение плотности среды. Дифференциальный манометр 5, входы которого соединены с выходами тройников 4, содержащими вентили, формирует сигнал, пропорциональный перепаду давления P, который поступает на другой вход вычислительного устройства 6.

Вычислительное устройство осуществляет расчет частоты по следующему алгоритму:

где ΔP_п, ρ_п- значения перепада давления и плотности, записанные в паспорте;
f_и, ΔP_и, ρ_и- значения частоты, перепада давления и плотности, измеренные в процессе поверки.

Если рассчитанное значение f совпадает со значением частоты, записанной в паспорте, то прибор находится в классе. Если значение частоты f отличается от паспортного значения, то прибор подлежит переградуировке на эталонной метрологической установке.

При этом не требуется точной установки перепада давления, записанного в паспорте.

Дифференциальный манометр 5 и вычислительное устройство 6 конструктивно могут быть выполнены как неотъемлемая часть струйного расходомера-счетчика и непрерывно осуществлять самодиагностику прибора, либо как портативное поверочное устройство, подключаемое к тройникам при необходимости проведения поверки.

При этом вычислительное устройство, воспринимая информацию о перепаде давления и частоте, может осуществлять расчет плотности и массового расхода по следующим алгоритмам:

где ρ_и- плотность измеряемой среды;
ΔP- перепад давления на струйном расходомере-счетчике;
f - частота колебаний струйного автогенератора;
K - коэффициент пропорциональности.

где M - массовый расход измеряемой среды;
ΔP- перепад давления;
f - частота колебаний;
K - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, использование предложенного решения позволяет осуществлять поверку струйного расходомера-счетчика на месте установки без демонтажа с трубопровода и одновременно измерять объемный расход, плотность измеряемой среды и массовый расход.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент США N 3902367, кл. 73/19413, 1972.

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

3. Трескунов С. Л. , Барыкин Н.А. "Перспективы использования струйных генераторов для измерения расхода". Сб. научных трудов "Теоретические и экспериментальные исследования в области создания измерительных преобразователей расхода", М., "НИИТеплоприбор", с.с. 30-32.

Изобретение может быть использовано для измерения объемного расхода, плотности и массового расхода среды. Расходомер содержит струйный дискретный элемент, включающий в себя рабочую камеру, два сопла управления, два приемных канала, разделитель с вогнутым дефлектором, два сливных канала и два канала обратной связи, в которых расположены преобразователи пульсаций давления струи в электрический сигнал. Для измерения перепада давления к дискретному элементу через тройники с вентилями подключен дифференциальный манометр. Вычислительное устройство, ко входам которого подключены выходы дифференциального манометра и устройства выделения сигнала, пропорционального частоте пульсаций, осуществляет расчет частоты колебаний струи по приводимому алгоритму. Изобретение обеспечивает поверку струйного расходомера на месте установки без демонтажа с трубопровода. 1 ил.

Струйный автогенераторный расходомер-счетчик, содержащий струйный автогенератор, включающий в себя рабочую камеру, ограниченную боковыми стенками, 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 преобразователи пульсаций давления струи в электрический сигнал, расположенные в каналах обратной связи и соединенные с устройством выделения сигнала, пропорционального частоте пульсаций, и вычислительное устройство, отличающийся тем, что содержит дифференциальный манометр, входы которого соединены с имеющими вентили выходами тройников для измерения перепада давления на струйном автогенераторе, при этом выходы дифференциального манометра и устройства выделения сигнала соединены со входами вычислительного устройства, которое осуществляет расчет значения частоты колебаний струи по следующему алгоритму:

где f_и, ΔP_и, ρ_и - значения частоты, перепада давления и плотности, измеренные в процессе поверки;
ΔP_п, ρ_п - значения перепада давления и плотности, записанные в паспорте прибора.