СТРУЙНЫЙ ДАТЧИК РАСХОДА Российский патент 2005 года по МПК G01F1/20 

Изобретение относится к технике измерения расхода, в частности к средствам измерения расхода газов или жидкостей.

Известен струйный датчик расхода, содержащий струйные переключатели, сопла питания которых соединены с входным отверстием, а дренажные полости - с выходным отверстием датчика расхода. Выходные сопла каждого переключателя подключены к управляющим соплам последующего переключателя коммуникационными каналами. К выходным соплам одного из переключателей подключен пневмоэлектропреобразователь [см. А.С. СССР № 857714, кл. G 01 F 1/48, 1977].

Это устройство при измерении больших расходов имеет большой вес и габариты из-за больших габаритов струйных переключателей, а также недостаточно широкий диапазон измерения расхода с линейной характеристикой, что препятствует широкому его применению.

Известен также струйный датчик расхода, содержащий первичный струйный частотный датчик расхода (ПСЧДР) и сужающее устройство (СУ), подключенное параллельно ПСЧДР [см. Приборы и устройства струйной техники. Л., ЛДНТП, 1980, стр.26].

Это устройство имеет большую погрешность при измерении расходов, изменяющихся в широком диапазоне, поскольку при малых расходах перепад на ПСЧДР не пропорционален квадрату расхода (как на стандартном СУ) из-за существенного влияния сил вязкости на профиль скоростей в сопле питания струйного переключателя, вследствие чего коэффициенты расхода СУ и сопла питания струйного переключателя ПСЧДР при изменении расхода в широком диапазоне изменяются по-разному, что ведет к образованию большой погрешности в работе датчика.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является струйный датчик расхода, содержащий сужающее устройство с обтекаемым телом и подключенный параллельно первичный частотный струйный преобразователь, выполненный в виде струйного переключателя, замкнутого отрицательной обратной связью с пневмоэлектропреобразователем, подключенным к выходным каналам переключателя, проточная часть СУ и сопло питания переключателя спрофилированы по закону постоянства отношения их текущих периметров и постоянства отношения значений текущих площадей поперечного сечения при равных отношениях текущих значений расстояний от выходного сечения к гидравлическим радиусам в узком сечении СУ. [см. Свидетельство РФ на полезную модель № 3820, кл. G 01 F 1/00].

Это устройство имеет большую погрешность при измерении в широком диапазоне расходов и давлений измеряемой среды, поскольку числа Рейнольдса, характеризующие режимы течения за соплами питания переключателей и за узким сечением СУ, будут также изменяться в большом диапазоне (в тысячи раз), что ведет к неодинаковому изменению коэффициентов расхода проточной части переключателей за соплами питания переключателей и за узким сечением СУ и соответственно к большой погрешности измерения расхода.

Задача изобретения - создание измерителя расхода, имеющего небольшой вес и габариты, удовлетворительную точность, небольшие потери давления, а также работоспособного в большом диапазоне изменения расходов и давлений без потери точности (т.е. без ухудшения линейности характеристики).

Поставленная задача достигается тем, что в струйном датчике расхода, содержащем сужающее устройство с обтекаемым телом и первичный частотный струйный преобразователь, имеющий струйные переключатели, соединенные последовательно, причем выходы последнего переключателя соединены с входами первого по типу отрицательной обратной связи, и выходной пневмоэлектропреобразователь сигнала, подключенный к выходным каналам одного из переключателей, сопла питания переключателей и вход сужающего устройства соединены с входом датчика, дренажные полости переключателей соединены с сужающим устройством, выход которого соединен с выходом датчика, причем проточная часть сужающего устройства выполнена в виде последовательно соосно установленных двух цилиндрических труб, причем торцевая щель между трубами, через которую дренажные полости переключателей соединены с горлом сужающего устройства, образованным обтекаемым телом, равна 0.5±0.2 гидравлического диаметра сопл питания переключателей и расположена за горлом сужающего устройства, а радиус второй трубы на 0.2±0.1 гидравлического диаметра сопл питания переключателей больше радиуса первой трубы.

На фиг.1 представлена схема струйного измерителя расхода.

На фиг.2 представлено сопло струйного переключателя.

Струйный датчик расхода (см.фиг.1) содержит соединенное со входом 1 сужающее устройство 2 и первичный частотный струйный преобразователь 3. Преобразователь 3 имеет струйные переключатели 4, соединенные последовательно, причем выходы последнего переключателя соединены со входами первого по типу отрицательной обратной связи и, например, через согласующий переключатель 5 соединены с входными каналами пневмоэлектропреобразователя 6. Сопла питания 7 (см.фиг.2) переключателей 4 и 5 соединены каналом 8 со входом 1. Проточная часть сужающего устройства 2 образована двумя последовательно и соосно установленными цилиндрическими трубами 9 и 10, внутри которых соосно установлено обтекаемое тело 11, наружный диаметр которого и внутренний диаметр трубы 9 образуют горло 12. Между трубами 9 и 10 за горлом 12 образована торцевая щель 13, равная 0.5±0.2 гидравлического диаметра сопл питания переключателей 4 и 5, через которую дренажные полости 14 переключателей 4 и 5 соединены с горлом 12 проточной части сужающего устройства 2, причем радиус трубы 10 на 0.2±0.1 гидравлического диаметра сопл питания переключателей 4 и 5 больше радиуса трубы 9. Вход 1 датчика через сужающее устройство 2 соединен с выходом 15.

Струйный датчик расхода работает следующим образом.

Рабочая среда, поступающая на вход 1 струйного датчика расхода, проходя через горло 12 сужающего устройства 2 между наружной профилированной поверхностью обтекаемого тела 11 и внутренними диаметрами цилиндрических труб 9 и 10 проточной части сужающего устройства 2 на выход 15, эжектирует среду через щель 13 из дренажных полостей 14 струйных переключателей 4 и 5.

Одновременно рабочая среда поступает со входа 1 по каналу 8 к соплам 7 питания струйных переключателей 4, 5 и далее в их дренажные полости 14, а затем через щель 13 в проточную часть сужающего устройства 2 и на выход 15.

Так как струйные переключатели 4 соединены по типу отрицательной обратной связи, то имеет место периодическое переключение направления течения силовой струи, истекающей из сопл 7 питания переключателей 4. Возникающие импульсы давления фиксируются пневмоэлектропреобразователем 6, подсоединенным к выходным каналам одного из переключателей 4 непосредственно или через согласующий переключатель 5. Частота импульсов (переключений) пропорциональна расходу измеряемой среды.

Поскольку перепад давлений на ПСЧДР и на СУ во время работы может меняться в широком диапазоне, например от 0.1 мм вод.ст. до 100 мм вод.ст., то есть в 1000 раз, а абсолютная величина давления на входе в датчик может меняться, например, от 1 ата до 32 ата и более, то числа Рейнольдса, характеризующие режимы течения в переключателях ПСЧДР и в СУ также могут изменяться в широком диапазоне в 1000 раз и более. Для исключения погрешности измерения расхода, вызванной изменением режимов течения газа, необходимо получить одинаковое изменение коэффициентов расхода проточной части струйных переключателей и проточной части сужающего устройства при изменении режимов течения (числа Рейнольдса).

Для этого достаточно в соответствующих сечениях обеспечить соответствие проточной части сужающего устройства и проточной части струйных переключателей.

Экспериментально было проверено устройство, в котором проточная часть была выполнена в виде последовательно соосно установленных двух цилиндрических труб, причем торцевая щель между трубами, через которую дренажные полости переключателей соединены с горлом сужающего устройства, была равна 0.5±0.2 гидравлического диаметра сопл питания переключателей и расположена за горлом сужающего устройства, образованным обтекаемым телом, а радиус второй трубы на 0.2±0.1 гидравлического диаметра сопл питания переключателей был больше радиуса первой трубы. Нелинейность характеристики такого устройства (расходомера) не превышает ±2.5%, при изменении числа Рейнольдса в 1000 раз.

Таким образом, профилирование проточной части сужающего устройства с обтекаемым телом, выполненное в виде последовательно соосно установленных двух цилиндрических труб, торцевая щель между которыми соединяет дренажные полости переключателей с горлом сужающего устройства, равна 0.5±0.2 гидравлического диаметра сопл питания переключателей и расположена за горлом сужающего устройства, образованным обтекаемым телом, и выполнение радиуса второй трубы на 0.2±0.1 гидравлического диаметра сопл питания переключателей больше радиуса первой трубы позволяет создать датчик расхода, надежно работоспособный в большом диапазоне изменения расходов, без потери точности (т.е. без ухудшения линейности характеристики).

Заявленное устройство относится к средствам измерения расходов газов и жидкостей. Датчик содержит соединенное со входом сужающее устройство и первичный частотный струйный преобразователь. Преобразователь имеет струйные переключатели, соединенные последовательно. Выходы последнего переключателя соединены с входами первого по типу отрицательной обратной связи. Сопла питания переключателей соединены каналом со входом. В проточной части сужающего устройства внутри последовательно и соосно установленных двух цилиндрических труб соосно установлено обтекаемое тело, наружный диаметр которого и внутренний диаметр трубы образуют горло. Между трубами за горлом образована торцевая щель, равная 0.5±0.2 гидравлического диаметра сопл питания переключателей. Дренажные полости переключателей соединены с горлом проточной части сужающего устройства. Радиус второй трубы на 0.2±0.1 гидравлического диаметра сопл питания переключателей больше радиуса первой трубы. Технический результат: повышение точности измерений расхода газов и жидкостей. 2 ил.

Струйный датчик расхода, содержащий сужающее устройство с обтекаемым телом и первичный струйный преобразователь, имеющий струйные переключатели, соединенные последовательно, причем выходы последнего переключателя соединены с входами первого по типу отрицательной обратной связи, и выходной пневмоэлектропреобразователь сигнала, подключенный к выходным каналам одного из переключателей, сопла питания переключателей и вход сужающего устройства соединены с входом датчика, дренажные полости переключателей соединены с сужающим устройством, выход которого соединен с выходом датчика, отличающийся тем, что проточная часть сужающего устройства выполнена в виде последовательно соосно установленных двух цилиндрических труб, причем торцевая щель между трубами, через которую дренажные полости переключателей соединены с горлом сужающего устройства, равна 0,5±0,2 гидравлического диаметра сопл питания переключателей и расположена за горлом сужающего устройства, образованным обтекаемым телом, а радиус второй трубы на 0,2±0,1 гидравлического диаметра сопл питания переключателей больше радиуса первой трубы.