ДАТЧИК РАСХОДОМЕРА Российский патент 2002 года по МПК G01F1/05 

Предложение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения расходов жидкости, газа или пара в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также в медицине.

Известен расходомер, содержащий корпус, струенаправляющий и выпрямляющий аппараты, чувствительный элемент, выполненный в виде шара, и узел съема сигнала (см. авт. свид. СССР 125908, МПК G 01 F 1/05 от 1960 г.). Подобные расходомеры могут измерять расходы потоков, содержащих абразивные включения, однако недостатком такого расходомера является низкий класс точности вследствие отставания чувствительного элемента от потока, пониженная чувствительность из-за малого лобового сопротивления, особенно при низких скоростях потока, ограниченный срок службы из-за наличия трения скольжения при движении чувствительного элемента по внутренней поверхности корпуса.

Известен также расходомер, содержащий корпус, струенаправляющий аппарат, чувствительный элемент в виде расположенного концентрично корпусу намагниченного по оси магнита, или электромагнита, взаимодействующего с намагниченным по оси кольцеобразным телом вращения, размещенным в корпусе с возможностью обкатывания поверхности магнита, или электромагнита, соприкасающегося с ним разноименными полюсами и узел съема сигнала (см. авт. свид. СССР 221337, МПК G 01 F от 1968). Такие расходомеры могут измерять расходы потоков, содержащих абразивные частицы.

Недостатком известного устройства является наличие слишком сильного магнита или электромагнита, который удерживает кольцеобразное тело вращения на его траектории, что вызывает появление конструктивных трудностей при компоновке проточной части датчика расходомера и чревато излишними затратами энергии. Кроме того, датчик не имеет эффективных средств для видоизменения характеристики расходомера n=f(G) л/час, где G - расход измеряемой среды в литрах в час; n - показания шкалы вторичной измерительной аппаратуры.

Последний расходомер имеет наибольшее число существенных признаков с предлагаемым и поэтому выбран в качестве прототипа.

В основу настоящего изобретения положена задача измерения расходов с помощью более простых средств измерения, повышения надежности и чувствительности датчика за счет увеличения эффективной площади кольцеобразного тела вращения, более надежного его крепления в корпусе датчика расходомера, а также расширения его функциональных возможностей.

Указанная задача решается благодаря тому, что датчик расходомера, содержащий корпус, струенаправляющий аппарат, чувствительный элемент в виде расположенного концентрично корпусу намагниченного по оси магнита, или электромагнита, взаимодействующего с намагниченным по оси кольцеобразным телом вращения, размещенным в корпусе с возможностью обкатывания поверхности магнита или электромагнита, соприкасающегося с ним разноименными полюсами, и узел съема сигнала, магнит или электромагнит, размещен внутри кольцеобразного тела вращения и взаимодействует с его внутренней поверхностью, а наружная поверхность кольцеобразного тела вращения образует с внутренней поверхностью корпуса датчика зазор.

Целесообразно также для восстановления структуры потока снабдить корпус струевыпрямляющим аппаратом, который размещен за чувствительным элементом.

Целесообразно также для видоизменения характеристик датчика расходомера наружную поверхность кольцеобразного тела вращения выполнить в виде сферы.

Целесообразно также для видоизменения характеристик датчика расходомера наружную поверхность кольцеобразного тела вращения выполнить в виде эллипсоида вращения.

Целесообразно также для видоизменения характеристик датчика расходомера наружную поверхность кольцеобразного тела вращения выполнить в виде каплеобразного тела.

Особенностью предложенного устройства является то, что магнит или электромагнит, размещен внутри кольцеобразного тела вращения и взаимодействует с его внутренней поверхностью, а наружная поверхность кольцеобразного тела вращения образует с внутренней поверхностью корпуса датчика зазор.

Особенностью предложенного устройства является также то, что корпус снабжен струевыпрямляющим аппаратом, который размещен за чувствительным элементом.

Особенностью предложенного устройства является также то, что наружная поверхность кольцеобразного тела вращения выполнена в виде сферы.

Особенностью предложенного устройства является также то, что наружная поверхность кольцеобразного тела вращения выполнена в виде эллипсоида вращения.

Особенностью предложенного устройства является также то, что наружная поверхность кольцеобразного тела вращения выполнена в виде каплеобразного тела.

На фиг.1 изображены продольный и поперечный разрезы датчика расходомера; на фиг. 2 а, б, в - продольные разрезы кольцеобразных тел вращения в виде сферы (а), эллипсоида вращения (б), в виде каплеобразного тела вращения (в).

Датчик расходомера содержит корпус 1, струенаправляющий аппарат 2, выполненный в виде неподвижных винтовых лопастей, магнит 3, выполненный в виде намагниченного по оси стержня с проточкой по наружному диаметру и расположенный концентрично корпусу 1, кольцеобразное тело вращения 4. выполненное в виде намагниченного по оси кольца, расположенного на магните 3 как на опоре и образующего своей наружной поверхностью зазор с внутренней поверхностью корпуса 1. Выпрямляющий аппарат 5, выполненный в виде неподвижных прямых лопастей, закреплен в корпусе 1 за кольцеобразным телом вращения 4 и совместно со струенаправляющим аппаратом 2 ограничивает осевое перемещение кольцеобразного тела вращения 4.

Для уменьшения поверхности трения на рабочей поверхности магнита 3 сделана проточка и движение кольцеобразного тела вращения 4 происходит по контактным периферийным кольцам, форма и размеры которых определяются условиями работы. Все узлы датчика расходомера, за исключением чувствительного элемента и сердечника узла съема сигнала G выполнены из немагнитного материала.

Датчик расходомера работает следующим образом.

Поток измеряемой среды, проходя через винтовые лопасти аппарата 2, закручивается относительно оси расходомера и увлекает кольцеобразное тело вращения 4. Угловая скорость его вращения будет пропорциональна расходу контролируемой среды и фиксируется с помощью узла съема сигнала 6. Удерживаемое магнитными силами в радиальном и осевом направлении кольцеобразное тело вращения 4 перекатывается по периферийным контактным кольцам магнита 3 своею внутренней цилиндрической поверхностью практически без трения скольжения. Осевое воздействие контролируемого потока компенсируется магнитными силами, возникающими вследствие нарушения магнитного равновесия.

В данной конструкции центробежные силы будут с увеличением скорости движения кольцеобразного тела вращения 4 надежно фиксировать его относительно оси вращения, что позволяет уменьшить величину магнитных сил и сократить габариты магнита или электромагнита, размещенного в проточной части корпуса 1, что упрощает конструкцию датчика и уменьшает расходование энергии на поддержание датчика в работоспособном состоянии.

Поскольку диаметр кольцеобразного тела вращения 4 превышает диаметр тела вращения прототипа, то возрастает и его эффективная площадь, что увеличивает чувствительность датчика расходомера. Кроме того, поскольку теперь наружная поверхность кольцеобразного тела вращения 4 не является контактной поверхностью, то ее дистанционирование относительно внутренних стенок корпуса 1 позволяет вывести за пределы пограничного слоя наружную поверхность кольцеобразного тела вращения 4 и тем самым исключить паразитное торможение и повысить точность измерений. Эта же особенность предложенного датчика позволяет придавать наружной поверхности кольцеобразного тела вращения форму сферы (фиг.2 а), эллипсоида вращения (фиг.2 б) и каплеобразного тела вращения (фиг. 2 в), что позволяет в случае необходимости менять характеристики расходомера в зависимости от вида измеряемой среды, ее состояния и условий измерения. Данная особенность предложенного датчика расширяет сферу его применения и обеспечивает его использование на нескольких диапазонах измерений путем замены одного кольцеобразного тела вращения 4 другим.

Возможное осевое перемещение тела вращения ограничивается струенаправляющим 2 и струевыпрямляющим 5 аппаратами, и кольцеобразное тело вращения 4 при ударе, встряске или мгновенном увеличении расхода выше расчетного возвращается магнитными силами в рабочее положение.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения расходов жидкости, газа или пара в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также медицине. Сущность изобретения заключается в том, что датчик расходомера, содержащий корпус, струенаправляющий аппарат, чувствительный элемент в виде расположенного концентрично корпусу намагниченного по оси магнита или электромагнита, взаимодействующего с намагниченным по оси кольцеобразным телом вращения, размещенным в корпусе с возможностью обкатывания поверхности магнита или электромагнита, соприкасающегося с ним разноименными полюсами, и узел съема сигнала, имеет магнит или электромагнит, который размещен внутри кольцеобразного тела вращения и взаимодействует с его внутренней поверхностью, причем наружная поверхность кольцеобразного тела вращения образует с внутренней поверхностью корпуса зазор. Техническим результатом повышение надежности измерений и расширение сферы использования устройства. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Датчик расходомера, содержащий корпус, струенаправляющий аппарат, чувствительный элемент в виде расположенного концентрично корпусу намагниченного по оси магнита или электромагнита, взаимодействующего с намагниченным по оси кольцеобразным телом вращения, размещенным в корпусе с возможностью обкатывания поверхности магнита или электромагнита, соприкасающегося с ним разноименными полюсами, и узел съема сигнала, отличающийся тем, что магнит или электромагнит размещен внутри кольцеобразного тела вращения и взаимодействует с его внутренней поверхностью, а наружная поверхность кольцеобразного тела вращения образует с внутренней поверхностью корпуса зазор. 2. Датчик расходомера по п. 1, отличающийся тем, что корпус снабжен струевыпрямляющим аппаратом, который размещен за чувствительным элементом. 3. Датчик расходомера по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность кольцеобразного тела вращения выполнена в виде сферы. 4. Датчик расходомера по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность кольцеобразного тела вращения выполнена в виде эллипсоида вращения. 5. Датчик расходомера по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность кольцеобразного тела вращения выполнена в виде каплеобразного тела вращения.