Датчик массового расхода Советский патент 1985 года по МПК G01F1/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкого топлива, потребляемого двигателями летательных апп-аратов. Известен датчик массового расхода содержащий чувствительный элемент в виде спиральной или прямопластной турбинки, которая приводится во вращение с тссмощью приводного устройства, вьшолненного в виде электропривода. Турбинка соединена с приводом с помощью упругого элемента На лопасти турбинки и на приводном устройстве укреплены магнитные отмет чики, а снаружи корпуса датчика в плоскостях вращения магнитов установ лены индукционные катушки. При наличии расхода жидкости через датчик и при вращении турбинки на ней возникает гидродинамический момент,под действием которого она поворачивается на оси на некоторый угол и деформирует упругий элемент. При вращении турбинки в индукционных катушках наводятся импульсы электрического тока, временной промежуток между которыми пропорционален углу поворота турбинки и обратно пропорционален скорости ее вращения. В конечном итоге временной интервал пропорционален массовому расходу 1J. Недостатком известного датчика является недостаточно высокая точность измерения расхода вязких жидкостей. Это вызвано тем, что при вра щении турбинки в вязкой жидкости воз никает момент вязкого трения по поверхности турбинки, который вызывае дополнительньй угол поворота и соот ветственно увеличение временного ин тервала. Таким образом, статическая характеристика датчика зависит от величины вязкости рабочей жидкос ти, т.е. возникает дополнительная погрешность при измерении расхода вязких жидкостей. Известен датчик массового расход содержащий корпус в виде отрезка тр бы, измерительную турбинку и упруго связанную с ней ведущую турбинку, установленную в подшипниках на одно валу, тонкостенный цилиндр, охватывающий лопастную решетку ведущей турбинки, два магнитных отметчика, укрепленных соответственно на турби ках, две индукционные катушки,установленные снаружи корпуса у турбинок. Датчик работает по схеме с гидроприводом, т.е. приводом от потока. Временной интервал, пропорциональ- ньй массовому расходу, измеряется между импульсами, наведенными в индукционных катушках от магнитных отметчиков. При идентичности обеих турбинок и их упругих элементов дополнительный момент от вязкого трения и соответственно дополнительный временной интервал от влияния вязкости автоматически должен исключаться, и показания датчика не должны зависеть от влияния вязкости С Однако невозможно добиться cqвершенно одинаковых характеристик упругих элементов двух турбинок. Поэтому погрешность такого датчика массового расхода даже при работе на маловязкой жидкости больше погрешности датчика с одной чувствительной турбинкой, а при увеличении вязкости жидкости компенсация влияния вязкости оказывается недостаточной. Кроме того, недостатком прототипа является сложность конструкции вследствие наличия дополнительной чувствительной турбинки со своим упругим элементом и низкая надежность работы датчика. . Цель изобретения - повьш1ение точности измерения. . Поставленная цель достигается тем, что в датчике массового расхода, содержащем корпус в виде отрезка трубы, измерительную турбинку и упругосвязанную с ней ведущую турбинку, установленную в подшипниках .на одном валу, тонкостен ньй цилиндр, охватывающий лопастную решетку ведущей турбинки, два магнитных отметчика, укрепленных соответственно на турбинках, две индукционные катушки, установленные снаружи корпуса у турбинок, перед измерительной турбинкой на входе потока жидкости соосно размещена цилиндрическая втулка, жестко закрепленная на валу и имекщая наружный диаметр, равный внешнему диаметру ступицы измерительной турбинки, при этом цилиндр, связанный с ведущей турбинкой, имеет длину, большую длины обеих турбинок, и передняя торцовая поверхность цилиндра и цилиндрической втулки расположены в одной плоскости.

3

На чертеже представлена конструкция предлагаемого датчика массового расхода.

Датчик содержит корпус 1, вьтолненный в виде отрезка трубы, внутри которого на оси 2, установленной на подшипники 3 и 4, расположена ведущая турбинка 5 с лопастями, наклоненными к оси датчика. Измерительная турбинка 6 находится на оси 2 на подшипниках 7 и 8 и соединена с осью упругим элементом, например спиральной пружиной 9. На лопастях турбинок 5 и 6 укреплены постоянные магниты 10 и 11. Снаружи корпуса 1 в П.ПОСКОСТЯХ вращения магнитов 10 и 11 расположены индукционные катушки 12 и 13. На входе и вькоде потока жидкости расположены струевьтрямители 14 и 15. На ведущей турбинке, 5 жестко укреплен цилиндр 16, которьй охватывает измерительную турбин.ку 6 с зазором на всей ее длине. На оси 2 перед измерительной турбинкой жестко укреплена втулка 17, имеющая частично цилиндрическую поверхность

Предлагаемый датчик массового рас хода работает следующим образом.

Поток жидкости, протекая через датчик, вращает ведущую турбинку 5, вращение которой через упругий элемент 9 передается измерительной турбинке 6. В результате возникает гидродинамический момент, под действием которого измерительная турбинка 6 поворачивается вокруг оси на угол

G ю г2

(1)

oi

-угол поворота измеритель.где ной турбинки;

-массовый расход;

G

W

-угловая скорость измерительной турбинки;

г - средний радиус измерительной турбинки; с - жесткость пружины. При вращении ту.бинок 5 и 6 в индукционных катущках 12 и 13 наводятся импульсы электрического тока, сдвинутые на промежуток времени t, пропортдиональный массовому расходу

G г

. (2)

ut

U1

74334

В результате вязкого трения на вращаюпоюся измерительную турбинку. J действует момент трения, под действием которого возникает дополки5 тельньй угол поворота и соответственно дополнительньй временный сдвиг 4tv зависящирг от вязкости рабочей жидкости, скорости вращения и поверхности трения измерительной 10 турбинки 6. Таким образом, статическая характеристика датчика массового расхода (зависимость временного интервала от массового ) зависит от вязкости рабочей жидкости

G г

(3)

ut

At,

т.е. возникает погрешность измерения расхода.

Компенса11;ия дополнительной погрешности от изменения вязкости рабочей жидкости в предлагаемом датчике осуществляется следзющим образом.

Поток жидкости, проходя через вращающийся кольцевой концентрически канал, образованньй цилиндрической поверхностью втулки 17 и частью поверхности цилиндра 16, за счет вязки сил подвергается некоторой закрутке, т.е. приобретает некоторую угловую скорость, величина которой зависит от вязкости рабочей жидкости, длины цилиндрического канала и скорости вращения турбинок.

Закрутка потока на входе в измерительную турбинку в направлении ее вращения эквивалентна уменьшению ее угловой скорости, что приводит к уменьшению действующего на турбинку гидродинамического момента, т.е. к уменьшению угла поворота, и соответственно временного интервала на некоторую величину Aty.

Подбором длины кольцевого канала может быть обеспечено равенство

(4)

at

ЛС

т.е. осуществляется компенсация влияния вязкости.

По сравнению с известными устройствами аналогичного назначения предлагаемое изобретение повьш1ает точность измерения расхода жидкости, расширяет диапазон измерения и попытает надежность работы датчиклПовышение точности измерения расхода жидкости осуществляется благодаря тому, что расположенный перед и,змерителъной турбинкой на входе потока жидкости вращающийся кольцевойкон- 5 центрический канал, образованный двут мя цилиндрами, связанными с приводным устройством, сообщает потоку жидкости некоторую угловую скорость, зависящую от вязкости рабочей жидкости, за счет чего осуществляется компенсация влияния вязкости. 1167 ЗЗf Расигирение диапазона измерения осуществляется за счет более точной компенса1щи вязкости, что позволяет при заданной точности производить измерения в более широком диапазоне расходов. По сравнению с базовым объектом датчиком расхода топлива ЛРТ8, использование предлагаемого датчика позволяет уменьшить погрешность измерения расхода жидкостей вязкостью 1,5-16 Ст.

ДАТЧИК МАССОВОГО РАСХОДА, содержащий корпус в виде отрезка трубы, измерительную турбинку и упр го связанную с ней ведущую турбинку установленную в подшипниках на одно валу, тонкостенньй цилиндр,охватыва ющий лопастную решетку ведущей тур/ //)V///////l// /f//// II / I Л 9 S бинки, два магнитных отметчика, укрепленных соответственно на турбинках, и две индукционные катушки, установленные снаружи корпуса у турбинок, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, перед измерительной турбинкой на входе потока жидкости соосно размещена цилиндрическая втулка, жестко закрепленная на валу и имеющая наружный диаметр, равньй внещнему диаметру ступицы измерительной турбинки, при этом цилиндр, связанньй с ведущей турбинкой, имеет длину, большую длины обеих турбинок, и передняя торцовая поверхность цилиндра и цилиндрической втулки расположены в одной плоскости. /X//A/////X//////y//////A 6 16