Струйный датчик расхода Советский патент 1991 года по МПК G01F1/48 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к струйным расходомерам газа и жидкости, может быть использовано для измерения расходов в различных отраслях промышленности.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения и повышение надежности датчика расхода

На фиг 1 показан струйный датчик расхода, разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг, 1; на фиг. 3 - узел II на фиг„ 1«

Струйный переключатель 1, состоящий из набора струйных бистабильных усилителей, расположен в корпусе 2, снабженном входной 3 и выходной 4 полостями. Бароэлектрический преобразователь состоит из фланцев 5, эластичных прокладок 6 и одного или нескольких пьезокерамических дисков 7„ Кольцевые проточки, выполненные на внутренних поверхностях фланцев 55 образуют с эластичными прокладками 6 полости 8 и 9, сообщенные каналами 10 и 11 с выходными окнами 12 и 13 струйного переключателя 1„ Каналы 10 и 11 снабжены ограничителями величины импульсов давления в виде дросселей 14 и 15, расположенных в коллекторе 16 со стороны выходных окон 12 и 13.

Струйный переключатель 1 выполнен в одном блоке с бароэлектрическим преобразователем и закреплен в корпусе 2 с помощью упругих элементов 17„ В корпусе 2 размещен электронный блок 18 предварительного усилителя выходОЭ

to

Ј 1 СП J

ноги электрического сигнала, связанный с проводником 19 с регистрирующим или показывающим приборами.

Между диском 7 и эластичными прокладками 6 могут быть расположены дополнительные прокладки 20 из материал с низкими адгезионными свойствами„ Дроссели 14 и 15 могут быть снабжены коническим участком Zt со стороны ба- роэлектрического преобразователя.

Струйный датчик расхода работает следующим образом.

Датчик устанавливается в трубопровод последовательно или в байпасную линию При прохождении измеряемой среды на датчике создается перепад давлений, формирующий силовые струи бистабильных усилителей, или в случае байпасного подключения перепад давле- ний создается дополнительным сужающим устройством, установленным в основной магистрали трубопровода„

Из трубопровода текучая среда попадает во входную полость 3, проходит через струйный переключатель 1, затем через коллектор 16 - в выходную полость 4„ В струйном переключателе f при наличии перепада давлений происходит периодическое переключение направления течения формирующейся силовой струи за счет отрицательных обратных связей, при этом поочередно в выходных окнах 12 и 13 возникают импульсы давления„ Частота этих импульсов пропорциональна расходу изме ряемой среды., Таким образом, по частоте пульсаций давления в струйном переключателе 1 можно судить о расходе протекающей через датчик среды.

Импульсы давления, возникающие в выходных окнах 12 и 13 струйного переключателя, по каналам 10 и 11 передаются соответственно в полости 8 и 9 бароэлектрического преобразователя и воздействуют на пьезокера- мический диск 7, в результате чего на обкладках диска возникают электри- ческие заряды, которые затем усиливаются, нормализуются в электронном блоке 18 и по проводнику 19 поступают на вторичный прибор.

Выполнение бароэлектрического преобразователя в виде пьезокерамичес- кого диска 7, обжатого между двумя резиновыми прокладками 6, позволяет обеспечить его максимально возможную чувстительность, обусловленную геометрией, и при этом предохранить

э

JQ

552Q

25Q

35

40

50

пьезокерамический диск от повреждения при взаимодействии его с фланцами 5 под действием импульса давления. В отличие от жесткой з аделки здесь давление действует на всю площадь пьезокерамического диска, а из работы не исключается поверхность, упруго зажатая между фланцами 5„ При этом прогиб пьезокерамического диска происходит по всей поверхности, отсутствует линия перегиба в месте заделки, что повышает надежность устройства о Расположенные с обеих сторон пьезокерамического диска 7 эластичные прокладки 6 предохраняют его от непосредственного контакта с измеряемой средой, практически не снижая чувствительность за счет того, что деформация диска носит изгибный характер, а изгибная упругость резиновых прокладок 6 невелика.

Электрический заряд, возникающий на поверхности пьезокерамического диска 7, тем больше, чем больше воздействующее давление, которое может изменяться в диапазоне 2-1000 мм вод. ст., т0е. в 500 раз. Такой диапазон изменения величины сигнала давления затрудняет приведение электрического сигнала к стандартной величине, ограничивает диапазон измеряемых расходов и усложняет электронную схему. Величина амплитуды импульсов давления не является необходимым параметром для измерения объемного расхода. Увеличение амплитуды импульсов выше величины, необходимой для их регистрации, снижает эффективность работы датчика расхода, создает избыточные напряжения на пьезокера- мическом диске, ухудшающие его надежность и долговечностьо Для ограничения амплитуды сигналов давления, по- ступаюг х по каналам 10 и 11 в полости 8 и О (при измерении расхода газа)s датчик расхода снабжен дросселями 14 и 15, расположенными в коллекторе 16. дроссели совместно с каналами 10 и 11 и полостями 8 и 9 выполняют роль фильтров низких частот, т.е. импульсы генерируемые при небольшом перепаде давлений, имеющие небольшую амплитудуs ггооходят к бароэлектрическому преобразователю без изменения, а при увеличении перепада давлений, начиная с некоторой его величины, амплитуда импульсов давления ограничивается, а на бароэлектрический преобразователь

поступают ограниченные по величине сигналы давления„ При этом дроссели 1& и 15 могут быть выполнены так, чтобы сопротивление прямому потоку (к бароэлектрическсму преобразователю) было больше, чем обратному, например, за счет выполнения в калибрванном отверстии дросселя коническог участка 21 со стороны преобразователя, а со стороны струйного переключателя - плоского торца, перпендикулярно оси дросселя Такое решение обеспечивает максимальное сопоставление нарастанию давления в каналах 10 и 11, а минимальное - вытеканию среды из каналов 10 и 11 и полостей 8 и 9о Этим ограничивается величина заряда на поверхности пьезокерамичес кого диска. Электронный блок настраивается ка максимальную увстви ель- ность.

В области ни-экого перепада давлений (до 30мм вод,, ci ) воздействи на пьезокерамический диск иг-пульсов давления соизмеримо с воздействием на него внешних вибраций. В связи с этим появляется необходимость преду- смотрения зашиты от вибрации„ Выполнение струйного переключателя в одно блоке с бароэлек рическим преобразовтелем и упругое его закрепление в корпусе 2 посредством упругих элементов 17 позволяют уменьшить длину каналов 10 и 11, а также понизить влияние внешней вибрации в диапазоне частот промышленного оборудования (насосы, электродвигатели и т„п„).

С целью предотвращения склеивания между собой эластичных прокладок 6 и пьезокерамического диска 7, которое происходит при работе датчика, между ними могут быть установлены дополнительные прокладки 20 из материала с низкими адгезионными свойствами, например фторопластовом ленты толщиной 0,1-0,2 мМо Не оказывая влияния на работоспособность датчика, прокладки позволяют упростить его разборку и исключить поломку хрупкого пьезокерамического диска,

Таким образом, изобретение обеспечивает работу в большем диапазоне

5

5

расходов при одновременном повышении надежности -самого датчика с

Формула изобретения

1. Струйный датчик расхода, содержащий корпус, струйный переключатель с входной и выходной полостями, выходные окна которого сообщены каналами с бароэлектрическим преобразователен, отличающийся тек, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения надежности, датчик снабжен ограничителями амплитуды импульсов давления, а бароэлект- рический преобразователь сигналов давления состоит из пьезокеракичес- кого диска, эластичгых прокладок и 0 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.

2„ Датчик по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что струйный переключатель и выходной преобразователь сигналов выполнены в одном блоке, упруго закрепленном в корпусе.

3.Датчик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что чувствительный элемент выходного преобразователя снабжен дополнительными прокладками из материала с низкими адгезионными свойствами, например фторопласта, расположенными между пьезоэлектрическим диском и эластичными прокладками,

4.Датчик по пп„ 1-3, отличающийся тем, что дроссели со стороны пароэлектрического преоб0 разователя выполнены с коническим участком, а с обратной стороны - з виде плоского торца, перпендикулярного к оси дросселя с

0

5

0

5

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к струйным расходомерам газа и жидкости. Цель изобретения - расширение диапазона измерений и повышение надежности струйного датчика расхода Жидкость из трубопровода попадает во входную полость, проходит через струйный переключатель, где возникает периодическое колебание струи жидкости, вызывающие в окнах импульсы давления, частота которых пропорциональна расходу. Импульсы давления преобразуются пьезо- керамическим диском в электрический сигнап„ За счет эластичных прокладок чувствительность преобразователя увеличивается, -а дроссели позволяют ограничить перепад давления на диске, 3 з„п0 ф-лы, 3 или е (Л

Фм.З