Расходомер переменного перепада давления Советский патент 1989 года по МПК G01F1/36 

8Н

,.

/v

СП

о i;o

СП

со

СХ)

Изобретение относится к устройствам измерения расхода текучей среды. Целью изобретения является повышение чувствительности и надежности расходомера, а также расширение диапазона измерений. В диафрагме 4 и предохранительном элементе 5 выполнены соосные отверстия 6 и 12, боковые поверхности которых сопряжены без выступов и образуют сужающее отверстие расходомера. В диафрагме 4 выполнена выемка 7, образующая мембрану 8, на поверхности которой закреплены тензорезисторы 9, которые проводами 10 через гермовывод 11 соединены с преобразователем измерений. На предохранительном элементе выполнен выступ 13, в котором закреплены герметичные микровыключатели 15, соединенные проводами 16 через гермовывод 17 с коммутатором преобразователя, и наклонные открытые каналы. Диафрагма 4 и предохранительный элемент 5 образуют полость, которая посредством каналов наикратчайшим путем соединена с сужающим отверстием расходомера, а наименьшее расстояние между мембраной 4 и выступом 13 не превышает величины максимально допустимого прогиба мембраны. Под действием потока мембрана 8 деформируется, одновременно деформируются тензорезисторы 9, электрический сигнал которых является мерой расхода. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

J

-ч Ал1

10

15

20

25

. 1509598Изобретение относится к устройствам измерения расхода текучей среды и может быть использовано в различии областях народного хозяйства, в том числе в авиации.

Целью изоЬретения является повыше- ние чувствительности расходомера, и обеспечение надежности, а также расширение диапазона измерений.

На фиг.1 изображен расходомер, продольный разрез;на фиг.2 - разрез А-А на фиг.; на фиг.3 - вид диафрагмы с 4-секторной мембраной; на фиг.4- разрез Б-Б на фиг.З; на фиг.5 - расходомер с расширяющимся подводящим патрубком, продольный разрез.

Расходомер переменного перепада давления (фиг.1-4) содержит подводя- и.шй и отводящий 2 патрубки, соединенные посредством нуфты 3, и закрепленные между патрубками диафрагму 4 и предохранительный элемент 5.

В диафрагме 4 выполнено центральное сужающее отверстие 6, а также кольцеобразная выемка 7, образующая чувствительную мембрану 8 диафрагмы. Со cTopoiib подводящего патрубка 1 на поверхности мембраны закреплены теи- зорезисторы 9, которые проводами 10 через гермовывод 11 соединены с преобразователем измерений (не показан).

По поверхности соприкосновения диафрагма 4 со.единена, например посредством влагостойкого клея, с пред- 35 охранительным злементом 5, изготовленным в виде пластины, в которой выполнено центральное отверстие 12, боковая поверхность которого является продолжением (без выпусков) боковой 40 поверхности центрального отверстия 6 диафрагмы 4. Кроме того,, на предохранительном элементе 5 со стороны диафрагмы 4,выполнен кольцеобразный выступ 13, рассеченный открытыми наклонными каналами 14, соединяющими наикратчайшим путем проходное отверстие расходомера, образованное соос- ными отверстиями 6 и 12 диафрагмы 4 и предохранительного элемента 5, и внутреннюю кольцеобразную полость расходомера, образованную поверхностями выемки 7 в диафрагме 4 и выступа 13 предохранительного элемента 5. В выступе 13 предохранительного элемента 5 установлены герметичные микровыключатели 15 напротив места наибольшего прогиба мембраны 8, при этом они соединены проводами 16 через гер30

45

50

55

м

10

15

20

25

35 0

30

5

0

5

мовыводы 17 с коммутатором преобразователя Сне показан). Наименьшее расстояние между мембраной 8 диафрагмы

4и выступом 13 предохранительного элемента 5 не превышает величины максимально допустимого прох иба мембраны, могущей привести к остаточным . пластическим деформациям или разрушению мембраны.

Для значительного расщирения диапазона измерений при сохранении их точности (фиг.З) мембрана 8 диафрагмы 4 может быть выполнена в виде п секторов 18 разной толщины (в данном случае 4 сектора), разделенных перегородками 19. На каждом секторе 18 мембраны 8, рассчитанном на определенный диапазон измерений, закреплена отдельная группа тензорезисторов, соединенных проводами через гермовы- воды с коммутатором преобразователя. На выступе 13 предохранительного эле-; мента 5 выполнено также п секторов ; разной высоты, которые входят в соответствующие выемки секторов 18 мембраны 8. Наименьшее расстояние, между секторами 18 мембраны 8 и секторами выступа 13 не превьш1атт соответствующих величин максимально допустимых прогибов каждого из секторов мембраны. В каждом секторе выступа 13 предохранительного элемента

5установлен.герметичный микровыключатель 15, соединенный проводами через гермовывод с коммутатором преобразователя (не показан).

. Для повышёпия надежности расходомера.путем резкого снижения динамического -давления перед диафрагмой расходомера, особенно при нерасчет- 1ШХ гидродинамических ударах, подводящий патрубок выполнен расширяюшим- ся, например .в виде усеченного конуса (фиг,5), при этом внутренний диаметр поперечного сечения, примыкающего к диафрагме, на порядок больше в 1утреннего диаметра поперечного сечения подводящего трубопровода 20.

В диафрагме 4 отверстие 6 может быть выполнено переменного или постоянного сечения, т..е. любой формы в зависимости от условий эксплуатации - скорости измеряемого потока, давления в трубопроводах и ряда других факторов. Выемка 7 может иметь также различные конструктивные формы, например прямоугольную, кольцеобразHyroJ кольцеобразную, разделентгую на секторы.

Взаимное расположение отверстия 6 и мембраны 8 в диафрагме 4 может быть самым различным, в зависимости от условий работы или состава измеряемого потока. Например, мембраня может быть расположена по периферии диафрагмы при расположении отверстия в центре диафрагмы, соосно с трубопроводом, или мембрана может быть расположена в центре диафрагмы, а сужающие отверстия - по периферии диафрагмы.

Особенностью выполнения выемки 7 и сужающего отверстия 6 в диафрагме 4 является их взаимное расположение. Наименьшее расстояние между ближайшими поверхностями отверстия 6 и выемки 7 должно быть минимально допустимым из условий обеспечения прочности диафрагмы 4 для планируемых параметров измеряемого потока (особенно перепада давления). Это расстояние может меняться в зависимости от условия обеспечения минимальных потерь давления в полости, образованной диафрагмой 4 и предохранительным элементом 5 (т.е. После мембраны). Такое выполнение мембраны 8 и отверстия 6 в диафрагме 4 позволяет либо полностью избавиться от передающего отверстия между сужающим отверстием расходомера и его полостью, либо довести его длину до возможного минимума. Это позволяет производить отбор пониженного давления непосредственно в сужающем отверстии расходомера, где давление потока имеет свое минимальное значение и тем самым повысить чувствительность и точность измерения перепада давления.

Пргдохранительньй элемент 5 выполнен в виде пластины, имеющей отверс10

ступом 13 не должно превышать неличины максимально дспустимого прогиба мембраны из условий прочности (величина прогиба мембраны не должна вызывать остаточные пластические деформации или разрушение мембраны). Каналы 14, выполнен1а 1е в предохранительном элементе 5, должны наикрат- чайпшм путем связывать сужающее отверстие расходомера с его полостью, образованной диафрагмой 4 и предохранительным элементом 5, и должны быть наклонными к проходному отверстию с

15 целью рблегчения задачи по удалению частиц из полости при измерении потока, содержащего мелкодисперсные частицы .

Расходомер работает следующим об20 разом.

Подводящий 1 и отводящий 2 патрубки подсоединяют к трубопроводу. Поток текучей среды, проходя через отверстия 6 и 12, соответственно в диафрагме 4 и предохранительном элементе 5 (сужающее отверстие расходомера) ускоряется, за счет чего создается перепад давления до и после сужающего отверстия расходомера. Под действием этого перепада давления мембрана 8 деформируется, одновременно деформируются тензорезисторы 9. Измерительная схема (в частности мост) , на которую подается напряжение питания (не показано), приходит в состояние разбалансировки и на выходе схемы появляется напряжение разбаланса, пропорциональное величине перепада дав- 40 ления, в свою очередь пропорциональное расходу измеряемого потока через расходомер. С помощью проводов 10 через гермовыводы 11 полученное напря25

30

35

жение поступает во внешнюю цепь на тие (отверстия), соосное с отверстием д преобразователь или на индикатор. При (отверстиями) в диафрагме 4, боковая перепаде давления, превышающем допус- поверхность которого сопряжена без выступов (плавно) с боковой поверхностью отверстия в диафрагме 4 и образует вместе с ним проходное отверстие рас- 5Q 15, который подает сигнал на управ- ходомера.На предохранительном элементе ляющий механизм крана расхода потока

Т выполнен выступ 13, по форме повторяющий форму выемки 7 в диафрагме 4, образующие поверхности которого отстоят на некотором расстоянии от об- разующих поверхностей выемки 7. Не,пременное условие, которое должно выполняться постоянно, - наименьшее расстояние между мембраной 8 и вытимую величину, мембрана 8 проседает на выступ 13 предохранительного элемента 5 и замыкает микровыключатель

(не показан) для уменьшения или прекращения подачи текучей среды.

Особо следует рассмотрерь работу широкодиапазонного расходомера, содержащего многосекторную мембрану 8 диафрагмы 4 и выступ 13 предохранительного элемента 5.

ступом 13 не должно превышать неличины максимально дспустимого прогиба мембраны из условий прочности (величина прогиба мембраны не должна вызывать остаточные пластические деформации или разрушение мембраны). Каналы 14, выполнен1а 1е в предохранительном элементе 5, должны наикрат- чайпшм путем связывать сужающее отверстие расходомера с его полостью, образованной диафрагмой 4 и предохранительным элементом 5, и должны быть наклонными к проходному отверстию с

5 целью рблегчения задачи по удалению частиц из полости при измерении потока, содержащего мелкодисперсные частицы .

Расходомер работает следующим об0 разом.

Подводящий 1 и отводящий 2 патрубки подсоединяют к трубопроводу. Поток текучей среды, проходя через отверстия 6 и 12, соответственно в диафрагме 4 и предохранительном элементе 5 (сужающее отверстие расходомера) ускоряется, за счет чего создается перепад давления до и после сужающего отверстия расходомера. Под действием этого перепада давления мембрана 8 деформируется, одновременно деформируются тензорезисторы 9. Измерительная схема (в частности мост) , на которую подается напряжение питания (не показано), приходит в состояние разбалансировки и на выходе схемы появляется напряжение разбаланса, пропорциональное величине перепада дав- 0 ления, в свою очередь пропорциональное расходу измеряемого потока через расходомер. С помощью проводов 10 через гермовыводы 11 полученное напря5

0

5

жение поступает во внешнюю цепь на преобразователь или на индикатор. При перепаде давления, превышающем допус- 15, который подает сигнал на управ- ляющий механизм крана расхода потока

тимую величину, мембрана 8 проседает на выступ 13 предохранительного элемента 5 и замыкает микровыключатель

(не показан) для уменьшения или прекращения подачи текучей среды.

Особо следует рассмотрерь работу широкодиапазонного расходомера, содержащего многосекторную мембрану 8 диафрагмы 4 и выступ 13 предохранительного элемента 5.

в случае шнрокодиапазонного изме- рения расходомер работает следуюи1им образом.

Если перепад давления на мембране 8, соответствующий наименьшему измеряемому расходу текучей среды, лежит в расчетном диапазоне сектора Ml мембраны 8, т.е. секторы мембраны не замыкают микровыключатели 15 на всех секторах выступа 13, то с помощью коммутатора преобразователя (не показано) включена измерительная схема на секторе Ml мембраны, а остальные отключены. При превышении перепада давления максимально допустимой величины для сектора Ml замыкается микровыключатель 15 сектора Ml и подается сигнал для отключения измерительной схемы сектора Ml и включения измерительной схемы следующего сектора Мг мембраны и т.д. При повышении перепада давления, максимально дoпycтимого для данного расходомера, замыкают микровыключатель 15 п-го (последнего) сектора и подают сигнал на исполнительный механизм крана подачи текучей среды для уменьшения или прекращения ее подачи.

При уменьшении подачи жидкости происходят обратные переключения из- мерительных схем.

Выполнение подводящего патрубка 1 расширяющимся позволяет резко снизить скорость потока при прохождении им границь перехода между подводящими трубопроводом и патрубком 1, что значительно снижает вероятность повреж2.Расходомер по п. I, отли чающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, ме брана диафрагмы выполнена в виде п секторов разной толщины, разделенн между собой перегородками, опирающ мися на поверхность предохранитель ного элемента, выступ которого раз делен выемками на соответствующее число секторов разной высоты, при этом на каждом секторе мембраны з креплена отдельная группа тензоре торов, связанных с преобразовател а наименьшее расстояние между соо велствующкмк секторами мембраны и выступа предохранительного элемен

дения мембраны 8 диафрагмы- 4 при прямых и обратных гидродинамических уда- о не превьшгает величину допустимого pax.прогиба сектора мембраны.

i

509598 8

Формула изобретения

не превьшгает величину допустимого прогиба сектора мембраны.

IS

Фиг. 5

Составитель Н.Бурбело Редактор С.Патрушева Техред.М.Ходанич

Заказ 5790/32

Тираж 660

ВНИИПИ Государственного комитета п-о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

509598

S-Б

и

/ хх

1УГИ

Фиг.

Корректор М.Шароши

Подписное