Способ определения расхода воздуха в магистрали и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G05D7/00 G01F1/34 

113

Изобретение относится к автоматике, в частности ic объектам для определения расхода воздуха в магистрал:и и. может быть использовано для контроля и регулирования расхода воздуха, например в системах кондиционирования;

Цель изобретения - расширение области применения и повышение точности.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа определения расхода воздуха в магистрали

,Схема содержит источник 1 сжатого воздуха (кондиционер, компрессор, вентилятор и т.п.) запорную или регулирующую заслонку 2, магистраль 3, например, системы кондиционирования воздуха в помещении 4 и сужающее устройство 5 в виде диафрагмы или трубки Вентури, из которых последняя имеет меньшее гидравлическое сопротивление. На устройстве 5 выполнены штуцеры 6 и 7 отбора воздуха в широком и узком сечениях магистрали для контроля рабочей среды, к которым присоединены пневмоэлектрические датчики 8 и 9 абсолютного давления,соответственно, предназначенные для измерения давления проходящего воздуха - контролируемой среды - в широком и узком сечениях трубки Вентури.

В устройстве установлен также датчик 10 измерения температуры воздуха в магистрали за заслонкой 2 в случае необходимости более точного определения расхода. Электрические выходы датчиков 8 и 10 подключены к входам блока 11 вычисления расхода по формуле G oiВыходы первого 8 и второго 9 датчиков давления соединены с первым и вторым входами алгебраического сумматора 12. Входы 13 и 14 сумматора 12 подключены к электрическим выходам обоих датчиков 8 и 9 давления. Выход 15 сумматора 12 подключен .к третьему входу.блока 11, который вычисляет расход в магистрали 3 в соответствии с известной формулой путем извлечения квадратного корня из произведения сигналов давления, полученного от датчика 6, и перепада-давлений полученного от сумматора 12, в результате преобразования сигналов датчиков 8 и 9 в разность между одновре- выполненными замерами статичесг

74022

кого давления воздуха в широком и узком сечениях магистрали на трубке 5. При наличии датчика 10 квадратный корень извлекается в блоке 11 из произ5 ведения давления и перепада, поделенного на абсолютную температуру контролируемой среды.

Блок 11 представляет собой элект- ронньш операционный усилитель на эле 0 ментных микросхемах, который производит математическд1е операции: сложение, инвертирование, умножение, извлечение корня из произведения.

J5 Блок 12 - алгебраический сумматор - представляет собой электронное вычислительное усилительное устройство на микросхеме, формирующее выходной электрический сигнал в виде

2Q напряжения, пропорциональный положительной разности межд,у сигналами датчиков 8 и 9 одновременных замеров абсолютного, давления воздуха в широком (Рц,) и узком (Р,у) сечениях

25 сужающего устройства магистрали, т.е перепада (Рщ-Ру) давлений на.сужающем устройстве.

Выход блока 11 вычисления- соединен с указателем 16 расхода, по су30 ществу представляюш -м собой вольтметр, отградуированный в единицах, расхода. В случае необходимости регулирования расхода в магистрали 3 выход блока 11 дополнительно подклю, чен к входу командного прибора 17 - регулятору расхода, а выход последнего подключен к двигателю 18 за- слонки 2. Для ручного управления Последним служит тумблер 19.

40 Устройство функционирует следующим образом.

При включенном источнике 1 сжатого воздуха тумблером 19 ручного управления открывают заслонку 2 и пускают поток контролируемой среды через сужающее устройство. Воздух по давлением устремляется по магистрали 3 в помещение 4. В сужающем устройстве 5 часть потенциальной энерги

5Q давления переходит в кинетическ-ую энергию, при этом средняя скорость потока в узком сечении, где установлен штуцер 7, повьш1ается, а статическое давление (Р,) в сечении становит ся меньше статического давления (Р) в широком сечении, где установлен штуцер 6. Пропуская поток через устройство 5, определяют перепад давлений на нем и используют этот пара313

метр как меру расхода контролируемой среды. Для этого с помощью датчика 8 измеряют статическое давление (Р) в широком сечении магистрали. Одновременно с помощью датчика 9 измеряют статическое давление (Р) потока, имеющего в зтом сечении большую скорость и меньшее давление.

При реализации предлагаемого способа определения расхода, в общем случае, например, при визуальном замере и ручном подсчете, вместо пнев- моэлектрических датчиков 8 и 9 можно использовать шкальные манометры, ма- новакууметр Л и т.п., показывающие приборы, измерители давления в сечениях, где установлены штуцеры 6 и 7.

Вьшолнив одновременно замеры в узком и широком сечениях трубки 5, определяют перепад давлений как разность jP между этими замерами, в общем случае вычтя из замера Рщ замер Ру.

В предлагаемом устройстве операция вычитания осуществляется автоматически электронным алгебраическим сумматором - блоком 12 путем сравнивания электрических сигналов напряжения, поступивших на его входы от датчиков 8 и 9, вычислением разности и усиления сигнала. Затем определяют расход воздуха, в магистрали 3, вычисляя его величину в соответствии

с формулой G

путем ручного или машинного счета с учетом или без учета изменений температуры контролируемой среды. В предлагаемом устройстве операции вычислений по этой формуле автоматически осуществляет электронный блок 11. В случае необходимости в более точном определении расхода в блок 11 вводят также сигнал (замер) температуры потока от датчика 10. Во всех случаях определения расхода вручную или автоматически обязательно производят вычисление квадратного корня из произведения величин давления Ру и перепада лР Рщ- -Р,, а при необходимости также из

Вычисленный таким обра1величины зом расход и есть искомая величина предлагаемого способа определения расхода, которая автоматически визуа- лизуется на указателе 16 расхода, соединенном с вычислительным блоком 11.

4

В способе регулирования расхода в зависимости от отклонения найденного значения расхода G от заданной величины вручную тумблером 19 или автоматически регулятором (17) изменяют проходное сечение заслонки 2, включая на открытие или закрытие ее двигатель 18. В предлагаемом устройстве командный прибор 17 - регулятор осуществляет автоматическое сравнение текущего значения сигнала расхода, полученного от блока 11, с заданной программой, выдает релейный электрический сигнал на двигатель 18

заслонки 2, который автоматически изменяет проходное сечение заслонки 2 до тех пор, пока текущее значение расхода, фиксируемое совместной работой элементов 5, 8,. 9, 12 и 11 не станет

равным заданному значению, на которое настроен регулятор 17.

В условиях пульсирующего потока контролируемой среды способ и устройство функционируют точно также.

При этом абсолютное давление воздуха, одновременно воспринимаемое датчиками 8 и 9 давлений, преобразуется в них в электрический сигнал напряжения, пропорциональный давлению в сечениях, где установлены штуцеры 6 и 7 соответственно. Амплитуда, частота, периодичность пульсаций давлений в обоих датчиках 8 и 9 практически идеально совпадают. Поэтому в

каждый момент времени разность между давлениями Р и Р в установившемся режиме пульсирующего потока постоянна, хотя выходные сигналы напряжения в датчиках 8 и 9 являются по величине переменными, пульсирующими одновременно в едином ритме, синхронно, в такт с колебаниями давления контролируемой среды в штуцерах 6 и 7 трубки 5. По этой причине на выходе

алгебраического сумматора 12 выходной сигнал напряжения будет почти неизменным, стабильным и точным, что обеспечивает точное определение расхода вычислительным блоком 12, надежную безотказную работу блока 12, а также регулятора 17 и заслонки 2 в случае регулирования расхода.

55

Формула изобретения

1. Способ определения расхода воздуха в магистрали, при котором поток контролируемой среды пропускают через сужающее устройство, определяют

513

перепад давлений на нем, измеряют давление проходящего воздуха и вычисляют расход как функцию произведения этих величин, о тличающий- с я тем, что, с целью расширения области применения и повьппения точнос- ти, осуществляют одновременное выполнение замеров статического давления в широком и узком сечениях магистрали, а перепад давлений определяют как разность между указанньгми замерами.

2. Устройство для определения расхода воздуха в магистрали, содержащее сужающее устройство со штуцерами отбора воздуха в широком.и узком сечениях, первый датчик давления, со26

единенный со штуцером отбора воздуха в широком сечении, блок вычисления расхода, первый вход которого соединен с выходом первого датчика давлеНИИ, а выход - с указателем расхода, отличающе.еся тем, что, с целью расширения области применен ния и повышения точности устройства, в нем установлен второй датчик дав

ления, соединенный со штуцером отбора воздуха в узком сечении и алгебраический сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого, и второго датчиков давления, а выход подключен к второму входу блока вычисления расхода .