Датчик для измерения расхода жидкости Советский патент 1990 года по МПК G01F1/28 

сл ел сл

4

Изобретение относится к технике измерения текущих значений быстроизменяю- щихся и установившихся расходов жидкости в трубопроводах и предназначено для отработки различного рода тепловых двигателей, энергетических установок, а также может быть использовано для измерения расходов любых жидкостей.

Цель изобретения - одновременное измерение мгновенного и среднего расхода жидкости и расширение диапазона измерения.

На фиг. 1 изображен датчик, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку,- на фиг, 3 - то же, вид снизу.

Датчик для измерения расхода жидко- I сти содержит корпус 1 с проточной частью 2. Со стороны входа проточная часть 2 дат- I чика имеет внезапное расширение (не обозначено), представляющее собой резкое увеличение диаметра (в частности, в 2 раза), необходимое для получения свободной затопленной струи. В проточной части 2 дэт- I чика поперек потока установлена неподвижная опора 3 с выступом 4, ориентированным вдоль продольной оси датчика. Чувствительный элемент-балочка 5 же- : стко укреплена на торце стакана 6, который ; установлено возможностью осевых переме- : щений относительно выступа 4 на непод- вижной опоре 3. Стакан 6 выполнен в виде емкости и имеет плоскопараллельные стен- ; ки со скруглениями на боках. Так как стакан ; 6 установлен на выступе 4. то последний со стаканом 6 являются геометрически подобными телами. Опора 3 и выступ 4 на ней выполнены полыми, а в их внутренних поло- I стях размещена пружина 7, закрепленная I одним своим концом на внутренней повер- I хности донышка стакана б, а другим на внутренней стенке опоры 3. В центре донышка стакана 6 по его продольной оси укреплены I рабочая 8 и компенсационная 9 магнитоии- дуктявные головки, предназначенные для измерения прогибов балочки 5, которые будут пропорциональны колебаниям расхода (скоростного напора) контролируемой жидкости, т. е, измеряют текущие значения бы- строизменяющегося расхода жидкости в исследуемой гидравлической системе.

Снаружи через шарикоподшипники 10 с плоскими сепараторами 11 стакан б со стороны округлений опирается на внутреннюю поверхность корпуса 1. С этой целью в местах размещения подшипников 10 в корпусе 1 ив стенках стакана 6 выполнены углубления (канавки). На одном из скругле- ний боковы}( стенок стакана 6 неподвижно установлена профилированная рейка 12, а оппозитно ей, т. е. напротив, в стенке корпуса 1 размещена дополнительная рабочая магнитоиндуктивная головка 13. Рейка 12 вместе с головкой 13 предназначены для измерения среднего расхода жидкости че- 5 рез исследуемую гидравлическую систему. Компенсационная магнитоиндуктивная головка 14 системы измерения среднего расхода также расположена в стенке корпуса 1, диаметрально противоположно рабочей го- 10 ловке 13. Измерение будет осуш,естзляться за счет перемещений на пружине 7 стакана 6, на плоское донышко которого будет воздействовать жидкость, протекающая через проточную часть 2 датчика. При изменениях 5 среднего расхода через датчик стакан 6 будет перемещаться по выступу 4 опоры 3, а его перемещения, пропорциональные величине расхода, будут регистрироваться с помощью рейки 12 и мэгнитоиндуктивной

0 рабочей головки 13, Рейка 12 изготовлена из магнитного материала, например из стали ЭП921. Компенсационные головки 9 и 14 служат для компенсации паразитных сигналов, обусловленных колебаниями темпера5 туры и давления в контролируемой жидкости в процессе испытания.

Система для измерения среднего расхода снабжена поршневым успокоителем, который состоит из поршня 15,

0 перемещаемого в цилиндре 16, заполненном жидкостью из гидравлической системы, в которой работает датчик. При движении поршня 15 жидкость будет проталкиваться из одной части цилиндра 16 в другую через

5 зазор д между поршнем 15 и стенками цилиндра 16, Поршень 15 успокоителя через шток 17 и переходник 18 жестко связан с внутренней стенкой донышка стакана 6, т, е. при перемещениях стакана 6 одновременно

0 будет двигаться поршень 15. Внутри переходника 18 размещены магнитоиндуктиа- ные головки 8 и 9, для подаода жидкости и передачи давления к компенсационной головке 9 в стенках переходника 18 выполне5 ны сквозные отверстия. Для ограничения хода поршня 15 в крайнем его положении, т. е, для предупреждения схода стакана 6 с выступа 4 на опоре 3 внутри цилиндра 16 установлено стопорное кольцо 19. На штоке

O 17 поршень 15 крепится неподвижно с помощью гайки (не обозначена).

На тыльной стороне неподвижной опоры 3, т.е. на выходе из проточной части 2 датчика, неподвижио установлен обтека5 тёль 20. Через отьерстия 21, выполненные в обтекателе 20 и в стенке опоры 3. внутренняя полость стакана 6 сообщается с пространством на выходе из датчика.

На наружной стенке стакана б установлена рейка 12, профилированная по закону

r(x) ,

y (X - X) + UaKc (I - X)

где r(x) - текущее значение высоты рейки;

h - максимальная величина зазора между рейкой и рабочей магнитоиндуктивной головкой;

I - максимальная величина перемещения стакана;

X - перемещение соответствующее наименьшему расходу (минимальная ширина рейки);

X - текущее значение перемещения стакана;

а - коэффициент, характеризующий магнитоиндукционную головку;

имакс - максимальное значение выходного сигнала, соответствующее х х.

Датчик работает следующим образом.

После подачи жидкости на входе в датчик организуется затопленная струя. В проточной части 2 струя взаимодействует с торцом подвижного стакана 6. вызывая его перемещение относительно корпуса 1 от входа в датчик и одновременное сжатие пружины 7. Сила, действующая на стакан 6 и вызывающая его перемещение, будет определяться скоростью жидкости на входе в датчик, а также зависимостями измерения относительной средней по площади скорости Vcp жидкости и квадрата этой скорости Vcp от относительного удаления S. Переме- а1ения стакана 6 приводят к вытеснению части жидкости из его внутренней полости пустотелой опоры 3 через отверстия 21. Колебания стакана б при быстрых изменениях расхода предотвращаются сопротивлением его движению, создаваемым поршнем 15, движущимся в полости цилиндра 16. Степень демпфирования движения- стакана 6 определяется величиной зазора д (фиг. 1) между наружными краями поршня 15 и стенками цилиндра 16. Перемещение стакана 6 вызывает изменение величины магнитного зазора между профилированной рейкой 12 и дополнительной рабочей магнитоиндуктивной головкой 13, чем обеспечивается формирование сигнала, пропорционального среднему расходу.

Измерение быстроизменяющегося расхода в датчике осуществляется за счет упругих деформаций чувствительного элемента-балочки 5. вызываемых колебаниями расхода и приводящих к изменению магнитного зазора между балочкой 5 и рабочей и магнитоиндуктивной головкой 8.

Использование датчика позволяет обеспечить одновременное раздельное измерение в одном сечении проточной части

среднего и быстроизменяющегося расходов, а также расширение диапазона измеряемых расходов. Это дает возможность использовать техническое решение вместо

5 двух датч-иков различных типов (иногда по условиям испытаний или применения не представляется возможным размещение двух датчиков). Кроме того, одновременное измерение в одном и том же сечении про10 точной части датчика как среднего расхода, так и быстроизменяющегося и использование при этом выходных сигналов одного типа позволяет путем простейших преобразований получить мгновенные зна15 чения расхода, вычисленные относительно его среднего расхода, а также обеспечить их обработку в реальном масштабе времени.

Формул а изобретения

201, Датчик для измерения расхода жидкости, содержащий корпус с проточной частью, чувствительный элемент, выполненный. в виде балочки, установленной поперек потока, и рабочую и компенсационную магни25 тоиндуктивные головки, отличающий- с я тем. что, с целью расширения функциональных возможностей и диапазона измеряемых расходов, проточная часть датчика со стороны входного патрубка выполнена

30 ступенчато расширяющейся, а чувствительный элемент-балочка жестко закреплена на торце подпружиненного стакана, установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения относительно выступа на не5 подвижной опоре и выполненного в виде емкости с плоскопараллельными стаканами со скруглениями, при этом со стороны скруг- лений стакан через шарикоподшипники с плоскими сепараторами опирается на внут0 раннюю поверхность стенок корпуса датчика, на одной наружной стенке подпружиненного стакана между рядами шарикоподшипников установлена профилированная гайка, изготовленная из магнит- 5 ного материала, причем в зоне перемещения рейки в стенке корпуса размещена дополнительная рабочая магнито- индуктивная головка, а на диаметрально противоположной стороне в стенке корпуса - 0 дополнительная компенсационная,

2. Датчик поп. 1, отличающийся тем. что профиль рейки удовлетворяет соотношению

г ГхЛ - hС1-х)-а

«5 - .

|(Х-Х)-Щ,акс(1-Х)

где г(х) - текущее значение высоты рейки от стенки стакана;

h - максимальная величина зазора между рейкой и рабочей магнитоиндуктивной головкой;

I - максимальная величина перемещения стакана;

X - минимальная ширина рейки;

а - коэффициент пропорциональности;

X - текущее значение координаты перемещения стакана;

UMaitc максимальное значение выходного сигнала, соответствующее х х . В,

0

3. Датчик по пп. 1 и 2, отличающий- с я тем, что неподвижная опора выполнена пустотелой и со стороны выходного патрубка снабжена обтекателем, одна стенка которого вместе с прилегающей стенкой неподвижной опоры перфорированы отверстиями, при этом в полости выступа на опоре установлены поршневой успокоитель и пружина, закрепленная другим концом на внутренней поверхности донышка стакана.

Изобретение относится к технике измерения текущих значений быстроизменяющихся и установившихся расходов жидкости в трубопроводах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и диапазона измеряемых расходов. Жидкость поступает в датчик со стороны входа 2 и воздействует на чувствительный элемент - балочку 5, закрепленную на торце подпружиненного стакана 6, который перемещается под воздействием потока жидкости на шарикоподшипниках 10, при этом балочка 5 с помощью рабочей и компенсационной магнитоиндуктивных головок измеряет переменную составляющую расхода, а величина перемещения стакана 6, пропорциональная среднему расходу, снимается с помощью дополнительных рабочей 13 и компенсационной 14 магнитоиндуктивных головок. 3 ил.

Фиг.г

ю

п

1