Измеритель расхода рабочей среды с преобразователем колебаний струи в электрический сигнал Российский патент 2022 года по МПК G01F1/20 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в устройствах подачи воздуха или топлива в системах автоматического управления газотурбинными двигателями (САУ ГТД), где имеют место большие уровни пульсаций давления как воздуха, отбираемого из компрессора (на выходе компрессора), так и пульсаций давления топлива на выходе из шестеренного насоса.

Известен струйный датчик расхода, содержащий корпус, струйный переключатель с входной и выходной полостями, выходные окна которого сообщены каналами с бароэлектрическим преобразователем, ограничители амплитуды импульсов давления, а бароэлектрический преобразователь сигналов давления состоит из пьезокерамического диска, эластичных прокладок и фланцев с выполненными на внутренних торцах фланцев кольцевыми выемками, при этом пьезокерамический диск расположен между пластичными прокладками и фланцами, а поверхности эластичных прокладок со стороны фланцев образуют с поверхностями кольцевых выемок полости, сообщенные с выходными окнами струйного переключателя каналами, а ограничители импульсов давления выполнены в виде дросселей, расположенных в упомянутых каналах со стороны выходных окон струйного переключателя (см. авторское свидетельство СССР № 1629757, кл. G01F1/48, 06.02.1989 г.).

Недостатком такого датчика расхода является чувствительность его к пульсациям (колебаниям) давления рабочей (измеряемой) среды из-за несимметричности каналов подвода пневматического сигнала от струйного переключателя к бароэлектрическому преобразователю, обеспечивающих реакцию бароэлектрического преобразователя не только на колебания давлений струйного переключателя, но и на одновременно приходящие в управляющие полости бароэлектрического преобразователя пульсации (колебания) давления рабочей среды со входа в струйный датчик с неодинаковой задержкой, вызывающие несинхронные пульсации давления в управляющих полостях (в кольцевых выемках полости), формирующие помехи основному сигналу со струйного переключателя, создающие помехи работе струйного датчика.

Наиболее близким техническим решением является измеритель расхода газа с преобразованием колебаний струи в электронный сигнал (см. патент РФ № 2296953, кл. G01F 1/20, G01F15/18, от 14.04.2005 г.), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, внутри которого помещен генератор колебаний со струйными дискретными элементами, выполненный в виде стапелированных круглых пластин, которые соединены в одно целое при помощи стяжных винтов, и контейнер с пьезодатчиком, формирующим сигнал о фактическом расходе газа. Контейнер установлен на генераторе колебаний, причем управляющие полости пьезодатчика соединены с каналами обратной связи струйного генератора.

Недостатком данного технического решения является его чувствительность к пульсациям (колебаниям) давления рабочей (измеряемой) среды из-за несимметричности подводящих к пьезодатчику каналов и несимметричности пьезодатчика (например, различных величин объемов управляющих полостей пьезодатчика), обеспечивающих реакцию пьезодатчика не только на колебания давлений струйного генератора, но и на одновременно приходящие в управляющие полости пульсации (колебания) давления, имеющиеся в рабочей среде на входе в измеритель.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является снижение влияния нестационарных пульсаций давления рабочей среды на входе в измеритель на его работу, таким образом повышается помехозащищенность и точность измерения расхода.

Для достижения указанного технического результата в измерителе расхода с преобразованием колебаний струи в электронный сигнал, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами, внутри которого помещен струйный генератор колебаний со струйными элементами, выполненный в виде стапелированных пластин, и преобразователь колебаний струи в электрический сигнал, состоящий из контейнера с пьезодатчиком, формирующим электрические сигналы о фактическом расходе рабочей среды, причем управляющие полости пьезодатчика соединены магистралями с каналами обратной связи струйного генератора, в магистралях установлены конструктивно идентичные жиклеры, магистрали выполнены одинаковой длины и ширины, имеют одинаковое число поворотов на один и тот же угол.

Отличительные признаки заявленного устройства, а именно установка в магистралях конструктивно идентичных жиклеров, выполнение магистралей одинаковой длины и ширины, с одинаковым числом поворотов на один и тот же угол обеспечивают повышенную помехозащищенность и точность измерителя расхода за счет устранения влияний пульсаций давления измеряемой среды на входе в измеритель расхода на работу пьезодатчика.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1 и фиг. 2 и описано ниже.

На фиг. 1 дана схема измерителя расхода.

На фиг. 2 представлен общий вид измерителя расхода с преобразователем колебаний струи в электрический сигнал.

Генератор колебаний 1 состоит из стапелированных пластин, в которых выполнены струйные элементы и коммуникационные каналы. Струйные элементы 2 имеют сопла питания 3, соединенные с входным штуцером 4.

Каждый струйный элемент имеет два выходных 5, два управляющих 6 канала и вентиляционные каналы 7, соединенные с выходным штуцером 8. Струйные элементы 2 установлены последовательно — выходные каналы 5 предыдущего струйного элемента 2 соединены с управляющими 6 последующего. Для формирования колебаний последовательность струйных элементов замкнута каналами 9 по типу отрицательной обратной связи. Одна пара выходных каналов 5 одного из струйных элементов 2 соединена магистралями 10 одинаковой длины и ширины, с одинаковым количеством поворотов на один и тот же угол, в которые установлены конструктивно идентичные жиклеры 11, с управляющими полостями 12 пьезодатчика 13, преобразующего пульсации давления в частотный электрический сигнал, подаваемый через электрический соединитель 14, далее к электронному блоку (на фиг. 1 не показан), формирующего цифровой, например, сигнал о величине расхода, о величине потребленного газа (жидкости).

На фиг. 2 представлен внешний вид измерителя расхода, иллюстрирующий расположение генератора колебаний 1, контейнера с пьезодатчиком 13, входного 4 и выходного 8 штуцеров подвода и отвода измеряемой рабочей среды.

Измеритель расхода с преобразователем колебаний струи в электрический сигнал работает следующим образом.

Рабочая среда, расход которой измеряется, подводится через входной штуцер 4 к струйному генератору колебаний 1. При протекании потока измеряемой рабочей среды через сопло 3 питания в рабочую камеру струйного элемента 2 (в качестве которого могут использоваться струйные усилители аналогового или дискретного действия) струя отклоняется (среднее положение струи в данном случае неустойчиво), в выходных каналах 5 струйного элемента 2 образуется перепад давлений. Наличие каналов 9 отрицательной обратной связи ведет к установлению колебаний в струйном генераторе 1. Отработанный поток через вентиляционные каналы 7 отводится к выходному штуцеру 8. Возникшие колебания давлений в струйных элементах (струйного генератора 1) подаются по магистралям 10, имеющим одинаковую длину и ширину, с одинаковым количеством поворотов на один и тот же угол и конструктивно идентичные жиклеры 11, в управляющие полости 12 пьезодатчика 13, преобразующего пульсации давления в частотный электрический сигнал, подаваемый через электрический соединитель 14, далее к электронному блоку (на фиг. 1 не показан), формирующего цифровой, например, сигнал о величине расхода, о величине потребленного газа (жидкости).

Установка в магистралях 10 конструктивно идентичных жиклеров 11, выполнение магистралей 10 одинаковой длины и ширины, с одинаковым количеством поворотов на один и тот же угол, обеспечивает в управляющих полостях 12 пьезодатчика 13 формирование одинаковых пульсаций давления рабочей среды от пульсаций давления, приходящих во входной штуцер 4 измерителя. Одинаковые пульсации давления в двух выходных каналах генератора 1, поступающие в две управляющие полости 12 пьезодатчика 13 с противоположных сторон взаимно компенсируются, очищая выходной электрический сигнал от помех, формируемых пульсациями давлений измеряемой среды во входном штуцере 4 измерителя.

Таким образом, установка в магистралях 10 конструктивно идентичных жиклеров 11 и выполнение магистралей 10 одинаковой длины и ширины, с одинаковым количеством поворотов на один и тот же угол снижает влияние нестандартных пульсаций давления рабочей среды во входном штуцере 4 на работу измерителя, повышает его помехозащищенность и точность, что способствует расширению области применения измерителя расхода.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах регулирования газотурбинных двигателей. Измеритель расхода содержит корпус с входным и выходным штуцерами, внутри которого помещен генератор колебаний со струйными элементами, выполненный в виде стапелированных пластин, и преобразователь колебаний струи в электрический сигнал, состоящий из контейнера с пьезодатчиком, формирующим электрический сигнал о фактическом расходе рабочей среды, управляющие полости пьезодатчика соединены магистралями с каналами обратной связи струйного генератора, в магистралях установлены конструктивно идентичные жиклеры, магистрали выполнены одинаковой длины и ширины, имеют одинаковое число поворотов на один и тот же угол. Технический результат - повышенная помехозащищенность и точность измерителя расхода за счет устранения влияний пульсаций давления измеряемой среды на входе в измеритель расхода на работу пьезодатчика. 2 ил.

Измеритель расхода рабочей среды с преобразователем колебаний струи в электрический сигнал, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, внутри которого помещен струйный генератор колебаний со струйными элементами, выполненный в виде стапелированных пластин, и преобразователь колебаний струи в электрический сигнал, состоящий из контейнера с пьезодатчиком, формирующим электрический сигнал о фактическом расходе рабочей среды, причем управляющие полости пьезодатчика соединены магистралями с каналами обратной связи струйного генератора, отличающийся тем, что в магистралях установлены конструктивно идентичные жиклеры, магистрали выполнены одинаковой длины и ширины, имеют одинаковое число поворотов на один и тот же угол.